(57)【要約】  少なくとも部分的に銅または銀イオンを装填された抗生物付着ナノ複合材料およびそれを作るための方法を開示する。金属親和性リガンドはそのポリマーに共有結合しており、それは金属イオンを付加され、金属の遅い放出を可能にしている。【選択図】  図１
2011524803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される少なくとも１つの金属をキレートするリガンド、および少なくとも１つのキレートされた金属イオン部分の反応生成物を含む抗生物付着反応生成物であって、
そのリガンドの反応性親和性基がキレートされた金属イオン部分と錯体を形成しており、そしてそれに化学的に結合している、前記抗生物付着反応生成物。
【請求項２】
流体をその流体中の生物汚染物質を減少させるために選別する、または濾過する際に有用である濾過システムであって、以下：
ポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成される抗生物付着反応生成物；
を含み、
その反応生成物がその金属イオンを母材（matrix）の中にキレートし、そのキレートはその濾過システムが生物付着性汚染物質を除去することができるようにその母材の中に組み込まれている、前記濾過システム。
【請求項３】
膜および少なくとも１つのフィードスペーサーを含むタイプの濾過システムであって、ここでその改良された点が以下：
抗生物付着反応生成物で構成される少なくとも１つのフィードスペーサー；抗生物付着反応生成物は少なくともポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成される；ならびに
生物汚染物質の除去を増大させる一方で膜の性能を維持する、抗生物付着フィードスペーサー；
を含む、前記濾過システム。
【請求項４】
濾過システム中の生物汚染物質の除去における使用のための抗生物付着反応生成物であって、少なくともポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分を含み；
ここで、その反応性部分が金属イオンと錯体を形成することができ、そして生物汚染物質と反応することができる、前記抗生物付着反応生成物。
【請求項５】
濾過システム中の生物汚染物質の除去における使用のための、少なくとも１つの濾過膜、および抗生物付着反応生成物で構成される、またはコートされている１又はそれより多くのフィードスペーサーを含む濾過システムであって、
その抗生物付着反応生成物が少なくともポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成されており；
ここで、その反応性部分は金属イオンと錯体を形成することができ、そして生物汚染物質と反応することができる、前記濾過システム。
【請求項６】
側鎖がポリマーの主鎖上にグラフト重合法により導入される、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項７】
スペーサーアーム側鎖が反応性部分としてエポキシ環を有する、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項８】
金属をキレートするリガンドが三配位性キレーターを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項９】
金属をキレートするリガンドがイミノ二酢酸（ＩＤＡ）およびニトリロ三酢酸の１又はそれより多くを含む、請求項５に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１０】
親和性基部分が、銅および銀の１又はそれより多くに特異的な金属をキレートするリガンドを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１１】
ポリマーがポリプロピレンを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１２】
スペーサーアーム側鎖がエポキシ環を反応性部分として伴うビニルモノマーを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１３】
ビニルモノマーを開始剤を用いて重合させる、請求項１２に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１４】
ビニルモノマーを他のビニル基と共重合させる、請求項１２に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１５】
スペーサーアーム側鎖がグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１６】
金属イオンが、銀、銅、およびそれらの混合物の１又はそれより多くを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１７】
ポリマーが、フィルム材料ならびに織られた繊維類および織られていない繊維類を含む繊維類の１又はそれより多くを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１８】
親和性部分がイミノ二酢酸（ＩＤＡ）を含み、そしてスペーサーアーム側鎖がグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項１９】
ポリマーが、逆浸透濾過デバイス中にあるフィードスペーサーを含む、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項２０】
反応生成物が、繊維、フィルムまたは成形品の１又はそれより多くとして形成される、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項２１】
反応生成物がコーティングとして分散している、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物。
【請求項２２】
逆浸透のらせん状に巻かれた要素に関する濾過デバイスであって、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される、前記濾過デバイス。
【請求項２３】
請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される、生物付着制御のための膜システム。
【請求項２４】
抗生物付着ポリマー反応生成物を作るための方法であって、以下：
スペーサーアーム側鎖をポリマー上に接合させる；
親和性基部分をそのスペーサーアーム側鎖上の反応性部分に導入する；および、
抗生物付着金属イオンをその親和性基部分に結合させる；
を含む、前記方法。
【請求項２５】
スペーサーアーム側鎖のポリマーへのグラフト重合が、そのポリマーの融解無しに起こる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
スペーサーアーム側鎖のそのポリマーへのグラフト重合が、約８０℃よりも高くない温度において起こる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
親和性基部分がＳＮ２反応により付加される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
抗生物付着金属イオンが硫酸銅溶液中に存在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
抗生物付着金属イオンが、０．２５〜１５％  ｗ／ｗのその金属を含むその金属の塩の水溶液の形である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
そのスペーサーアーム側鎖のそのポリマーへのグラフト重合のためのラジカル開始剤として過酸化ベンゾイルが用いられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
抗付着金属イオンを装填された抗生物付着ナノ複合材料を作るための方法であって、ポリマー上の金属イオンの結合の程度をポリマー上のスペーサーアーム側鎖に結合している金属親和性リガンドの修飾を通して制御することを含む、前記方法。
【請求項３２】
抗生物付着ナノ複合材料を作るための方法であって、さらに、以下：
グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）のポリプロピレンへのグラフト重合のためのラジカル開始剤として過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を約８０℃の温度において用いる；
イミノ二酢酸（ＩＤＡ）をポリプロピレン−グラフト−ＧＭＡに、ＳＮ２反応により付加する；および
銅イオンのキレート化のために、ポリプロピレン−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡを硫酸銅溶液中に置く；
を含む、前記方法。
【請求項３３】
ポリマー−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡフィルムが０．２Ｍ硫酸銅溶液に少なくとも８時間さらされる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
金属親和性リガンドを伴う機能性を持たせたポリプロピレン表面を作るための方法であって、以下：
ポリプロピレンバックボーンをラジカル開始剤で活性化する；
工程ｉ）のポリプロピレンを、反応性部分を有するスペーサーアーム側鎖と反応させる；
工程ｉｉ）のポリプロピレンを、金属をキレートする親和性リガンドと反応させる；および
工程ｉｉｉ）のポリプロピレンを、銅イオンのキレート化のために硫酸銅溶液にさらす；
を含む、前記方法。
【請求項３５】
ラジカル開始剤が過酸化ベンゾイルを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
スペーサーアーム側鎖がグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
金属をキレートする親和性リガンドがイミノ二酢酸（ＩＤＡ）を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
工程ｉｉｉ）のポリプロピレンが０．２Ｍ硫酸銅溶液に約８時間さらされる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
逆浸透のためのポリプロピレン材料を作る方法であって、前記の請求項に記載の方法のいずれかで構成される、前記方法。
【請求項４０】
デバイスおよび／または物体であって、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される、前記デバイスおよび／または物体。
【請求項４１】
濾過システムであって、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される１又はそれより多くのフィードスペーサーを含む、前記濾過システム。
【請求項４２】
請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される液体の貯蔵の適用（applications）であって、水の貯蔵、ジュースの貯蔵、ワインの貯蔵、ビールの貯蔵、および他の発酵したおよび／または精製された物質を含む、前記適用。
【請求項４３】
液体の適用であって、請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される濾過工程を必要とする、前記適用。
【請求項４４】
請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される適用であって、容器、管、試料容器、水瓶、瓶の栓、ペトリ皿、管／ホースを含む、前記適用。
【請求項４５】
請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される、逆浸透のらせん状に巻かれた要素に関する濾過デバイス。
【請求項４６】
請求項１に記載の抗生物付着反応生成物で構成される、生物付着制御のための膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者：Ｉｓａｂｅｌ  Ｃ．  Ｅｓｃｏｂａｒ，  Ｔｉｌａｋ  Ｇｕｌｌｉｎｋａｌａ，  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｔ．  Ｈａｕｓｍａｎ
関連出願の相互参照および資金提供を受けた研究に関する記載
[0001]  本発明は、２００８年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／０６１，０９９号の利益を主張し、その開示を本明細書にそのまま援用する。この発明は、助成金番号ＮＳＦ  ＣＢＥＴ  ０７１４５３９およびＮＳＦ  ＣＢＥＴ  ０７５４３８７の下での政府支援によりなされた。政府はこの発明において一定の権利を有する。
【０００２】
技術分野及び発明の産業上利用可能性
[0002]  本発明は膜濾過の分野に、より具体的には抗生物付着（ａｎｔｉ−ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ）ナノ複合材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  この節で開示される背景技術が法律的に先行技術を構成するという自認は無い。
【０００４】
[0004]  膜技術は飲料水の生産に関するますます厳しくなる規制要件を満たす大きな将来性を提供する。膜は駆動力が加えられた際に微粒子物質をそれらの物理的および化学的特性の関数として分離することができ、それらは懸濁された固体、コロイド、生物学的細胞および分子ならびに同様のものの除去のための濾過を可能にする。
【０００５】
[0005]  他の技術でも同様の処理の目的を達成することはできるが、膜を用いる濾過システムは注目すべき利点を提供する。例えば、ナノ濾過（ＮＦ）および逆浸透（ＲＯ）膜は今日、代替水の再生利用（すなわち、淡海水および海水）および廃水の再利用を伝統的な水源の世界的な不足の増大に取り組むための実行可能な解決策にした。様々な濾過システムを様々な形状で作ることができ、ここで膜材料は典型的には濾過システムにおいて流路（ｆｌｏｗ  ｃｈａｎｎｅｌ）を形成する支持体またはフィードスペーサー（ｆｅｅｄ  ｓｐａｃｅｒ）に隣接している。しばしば、そのフィードスペーサーは流路の幾何学に関する機械的な安定器として、および濾過システム内の乱流促進器としての両方の働きをする。
【０００６】
[0006]  伝統的な水源の処理におけるＮＦおよびＲＯプロセスの実行は、定常状態レベルの微粒子物質除去を提供することができ、それはイオン交換樹脂または粒状活性炭としてのその浄化材料の再生の必要性を排除する。さらに、ＲＯは海水および淡海水の脱塩により飲料水の需要を満たすのを助けることができる。
【０００７】
[0007]  ＮＦおよびＲＯ膜濾過システムは過去において滅菌を目的とされていなかったが、その膜濾過システムは、間接的な飲用の廃水の再利用に不可欠であるウイルスおよび細菌の除去のための追加の障壁を提供することができる。
【０００８】
[0008]  膜濾過システムの使用は有益であるが、様々な技術的およびコストの問題が解決されずに残っている。これらの問題の内、濾過システム中の膜およびフィードスペーサーの、供給源から濾過されて除かれている微粒子物質による汚損は、かなりの注目を要求し続けている。その汚損は、流量の低下、圧力およびクリーニング頻度の増大により、膜の性能およびコストに悪影響を及ぼす。
【０００９】
[0009]  生物付着は、濾過システム内の表面（例えば膜および／またはフィードスペーサー）上に留まる微生物、細菌、酵母、細胞破壊片または代謝産物の望ましくない堆積を表現するために用いられる総称である。生物付着が起こった場合、その堆積物は一般に除去するのが難しい。生物付着を起こす微粒子物質は成長するおよび／またはコロニーを形成することができ、それは成長して膜および／またはフィードスペーサー上の粘液性堆積物となる。これらの生物付着物質の蓄積は増大した圧力の増加により濾過システムの故障を引き起す可能性があり、それはより多くのエネルギーを消費し、より多くのクリーニングを必要とし、流量を減少させ、回収率を低下させる。
【００１０】
[0010]  特に、ＲＯ膜濾過による水の処理における濾過システムの生物付着は重大な問題である。生物付着は膜の性能を低下させ、流量の低下、圧力およびクリーニング頻度の増大によりコストを上昇させる。さらに、生物付着を克服するための試みにおけるＲＯ膜自体の改変は、ＲＯ膜は望ましい特性を維持するために特定の組成を有していなければならないため、ほとんど不可能である。
【００１１】
[0011]  現在、生物付着の防止の領域におけるほとんどの研究および開発は、供給水の前処理、高められたクリーニング溶液、クリーニング手順、および汚損した膜の取り替えのようなプロセスに焦点を合わせてきた。
【００１２】
[0012]  あらゆる濾過システムの成功は、供給源から集められた浸透液が非常に高い純度レベル（例えば非常に低い細胞数）を有していることおよびその濾過システムが安全な流れのパラメーターにおいて対費用効果の高い操業ができることを確実にすることに限られているため、向上した濾過システムの必要性が存在する。
【００１３】
[0013]  同様に、他の適用においても用いることができる抗生物付着組成物を開発するのがさらに望ましいであろう。その最終用途の適用の限定的で無い例には、食品の包装、医療における適用、織物および同様のものが含まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0014]  １観点において、少なくとも１つのポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される少なくとも１つの金属をキレートするリガンド（ligand）、および少なくとも１つのキレートされた金属イオン部分の反応生成物を含む抗生物付着反応生成物を含む、抗生物付着ポリマー反応生成物を本明細書において提供する。そのリガンドの反応性親和性基は、キレートされた金属イオン部分と錯体を形成している（それに化学的に結合していると考えることができる）。
【００１５】
[0015]  特定の態様において、その反応生成物は、繊維、フィルムまたは成形品（ｓｈａｐｅｄ  ａｒｔｉｃｌｅ）の内の１つ以上として形成されている。その反応生成物はコーティングとして分散していることもできる。
【００１６】
[0016]  別の観点において、濾過システム中の生物汚染物質の除去における使用のための抗生物付着反応生成物を本明細書において提供し、ここでその反応性部分は金属イオンと錯体を形成することができ、そして生物汚染物質と反応することができる。
【００１７】
[0017]  別の観点において、流体をその流体中の生物汚染物質を減少させるために選別する、または濾過する際に有用である濾過システムを本明細書において提供する。その濾過システムには、ポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成される抗生物付着反応生成物が含まれる。反応生成物はその金属イオンを母材（matrix）の中にキレートし、そのキレートはその濾過システムが生物付着性汚染物質を除去することができるようにその母材の中に組み込まれる。
【００１８】
[0018]  別の観点において、膜および少なくとも１つのフィードスペーサーを含むタイプの濾過システムを本明細書において提供する。少なくとも１つのフィードスペーサーは、抗生物付着反応生成物で構成され；抗生物付着反応生成物は、少なくともポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成される。その抗生物付着フィードスペーサーは生物汚染物質の除去を増大させる一方で膜の性能を維持する。
【００１９】
[0019]  さらに他の観点において、少なくとも１つの濾過膜、および濾過システム中の生物汚染物質の除去における使用のための、抗生物付着反応生成物で構成される、またはコートされている１つまたはそれより多くのフィードスペーサーを含む濾過システムを本明細書において提供し、ここでその抗生物付着反応生成物は少なくともポリマー、反応性親和性基を有するスペーサーアーム側鎖で構成される金属をキレートするリガンド、およびキレートされた金属イオン部分で構成されており；ここでその反応性部分は金属イオンと錯体を形成することができ、生物汚染物質と反応することができる。
【００２０】
[0020]  特定の態様において、その側鎖はポリマーの主鎖上のスペーサーとしてグラフト重合法により導入される。特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖は反応性部分としてエポキシ環を有する。
【００２１】
[0021]  特定の態様において、その親和性基部分は金属をキレートするリガンドを含む。特定の態様において、その金属をキレートするリガンドは次のものの１又はそれより多くを含む：三配位性キレーター、例えばイミノ二酢酸（ＩＤＡ）および／またはニトリロ三酢酸；銅および銀の１又はそれより多くに特異的な金属をキレートするリガンド。
【００２２】
[0022]  特定の態様において、そのポリマーは、ポリプロピレン材料、またはスペーサーアーム側鎖を容易に受け入れることができる他のポリマーであることができる。特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖はエポキシ環を反応性部分として有するビニルモノマーを含み、それは例えばグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）であるがそれに限定されない。
【００２３】
[0023]  特定の態様において、そのビニルモノマーは開始剤を用いて重合させることができ、および／またはそのビニルモノマーは他のビニル基と共重合させることができる。また、特定の態様において、そのポリマーは次のものの１又はそれより多くを構成する：フィルム材料ならびに織られた繊維および織られていない繊維を含む繊維類。
【００２４】
[0024]  特定の態様において、その金属イオンは次のものの１又はそれより多くを含む：銀、銅、およびそれらの混合物。例えば、ある特定の態様において、その親和性部分はイミノ二酢酸（ＩＤＡ）を含み、そのスペーサーアーム側鎖はグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を含み、その金属イオンは銅イオンを含む。
【００２５】
[0025]  別の広い観点において、本明細書で記述される抗生物付着反応生成物で作られている他の使用、デバイスおよび／または物体を本明細書において提供する。限定的で無い例には、その抗生物付着反応生成物の濾過システムにおける使用が含まれ、ここでその抗生物付着反応生成物は逆浸透濾過デバイス中にあるフィードスペーサーを作るために用いられる。
【００２６】
[0026]  他の限定的で無い例において、抗生物付着反応生成物は、ポリプロピレンのようなプラスチック類を容器として必要とする液体の適用（applications）、例えば、ポリプロピレンの容器中で保管されるであろう他の液体の中でも、水の貯蔵、ジュースの貯蔵、ワインの貯蔵、ビールの貯蔵において用いることができる。
【００２７】
[0027]  他の限定的で無い態様において、抗生物付着反応生成物は、液体が追加の濾過工程を必要とするであろう適用において用いることができる。
【００２８】
[0028]  他の限定的で無い態様において、抗生物付着反応生成物は、例えば、精製、醸造、発酵等において用いられる容器、管、試料容器、水瓶、瓶の栓、ペトリ皿等、管／ホースを作るために用いることができる。
【００２９】
[0029]  別の広い観点において、本明細書で記述される抗生物付着反応生成物で構成される逆浸透のらせん状に巻かれた要素に関する濾過デバイスを本明細書において提供する。
【００３０】
[0030]  別の広い観点において、本明細書で記述される抗生物付着反応生成物で構成される生物付着制御のための膜システムを本明細書において提供する。
【００３１】
[0031]  別の広い観点において、スペーサー部分に付加されている親和性基にキレートされた抗生物付着銅金属イオンを有する抗生物付着反応生成物を本明細書において提供し、ここでそのスペーサー部分はポリプロピレンのバックボーン上に接合されている（grafted）。
【００３２】
[0032]  別の広い観点において、金属をキレートするリガンドを用いて抗生物付着金属イオンをスペーサーアームを介してポリマーバックボーンに結合させることを含む、固定された金属親和性に基づく分離のための方法を本明細書において提供する。
【００３３】
[0033]  広い観点において、スペーサーアーム側鎖をポリマー上に接合させる；親和性基部分をそのスペーサーアーム側鎖上の反応性部分に導入する；および、抗生物付着金属イオンをその親和性基部分にキレートさせることを含む、抗生物付着ポリマー反応生成物を作るための方法を本明細書において提供する。
【００３４】
[0034]  特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖のポリマーへのグラフト重合は、そのポリマーの融解無しに起こる。
【００３５】
[0035]  特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖のそのポリマーへのグラフト重合は、約８０℃よりも高くない温度において起こる。
【００３６】
[0036]  特定の態様において、その親和性基部分はＳＮ２反応を通して付加される。
【００３７】
[0037]  特定の態様において、その抗生物付着金属イオンは硫酸銅溶液または塩化銅溶液中に存在する。
【００３８】
[0038]  特定の態様において、その抗生物付着金属イオンは、０．２５〜１５％  ｗ／ｗのその金属を含むその金属の塩の水溶液の形である。
【００３９】
[0039]  特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖のそのポリマーへのグラフト重合のためのラジカル開始剤として過酸化ベンゾイルが用いられる。
【００４０】
[0040]  別の広い観点において、抗生物付着金属イオンを装填した抗生物付着ナノ複合材料を作るための方法であって、ポリマー上の金属イオンの結合の程度をポリマー上のスペーサーアーム側鎖に結合している金属親和性リガンドの修飾を通して制御することを含む方法を、本明細書において提供する。
【００４１】
[0041]  別の広い観点において、抗生物付着ナノ複合材料を作るための方法であって、さらに、以下：
グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）のポリプロピレンへのグラフト重合のためのラジカル開始剤として過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を約８０℃の温度において用いる；
イミノ二酢酸（ＩＤＡ）をポリプロピレン−グラフト−ＧＭＡに、ＳＮ２反応により付加する；および
銅イオンのキレート化のために、ポリプロピレン−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡを硫酸銅溶液中に置く；
を含む方法を、本明細書において提供する。
【００４２】
[0042]  特定の態様において、そのポリマー−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡフィルムを０．２Ｍ硫酸銅溶液に約２０分間から約８時間までさらす。
【００４３】
[0043]  別の広い観点において、金属親和性リガンドを有する機能性を持たせたポリプロピレン表面を作るための方法であって、以下：ポリプロピレンバックボーンをラジカル開始剤で活性化する；工程ｉ）のポリプロピレンを、反応性部分を有するスペーサーアーム側鎖と反応させる；ｉｉｉ）工程ｉｉ）のポリプロピレンを、金属をキレートする親和性リガンドと反応させる；およびｉｖ）工程ｉｉｉ）のポリプロピレンを、銅イオンのキレート化のために硫酸銅溶液にさらす；を含む方法を、本明細書において提供する。
【００４４】
[0044]  特定の態様において、そのラジカル開始剤は過酸化ベンゾイルを含む。特定の態様において、そのスペーサーアーム側鎖はグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を含む。特定の態様において、その金属をキレートする親和性リガンドはイミノ二酢酸（ＩＤＡ）を含む。特定の態様において、工程ｉｉｉ）のポリプロピレンは０．２Ｍ硫酸銅溶液に約８時間さらされる。
【００４５】
[0045]  別の広い観点において、前記の請求項の方法のいずれかで構成される、逆浸透のためのポリプロピレン材料を作る方法を、本明細書において提供する。
【００４６】
[0046]  さらに別の広い観点において、前記の態様のいずれかにおけるような繊維またはフィルムで構成される逆浸透のらせん状に巻かれた要素に関するフィードスペーサーを、本明細書において提供する。
【００４７】
[0047]  さらに広い観点において、本明細書で記述される繊維またはフィルムで構成される生物付着制御のための膜システムを、本明細書において提供する。
【００４８】
[0048]  この発明の様々な目的および利点は、添付された図面を考慮して読めば、好ましい態様の下記の詳細な記述から当業者に明らかになるであろう。
【００４９】
[0049]  本特許または出願書類は、１個以上のカラーで作成された図面および／または１個以上の写真を含んでいてよい。カラーの図面（単数または複数）および／または写真（単数または複数）を有するこの特許または特許出願刊行物のコピーは、請求および必要な料金の支払いに応じて特許庁により提供されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】[0050]  図１はスペーサーアームを有する親和性基の概略図である。
【図２】[0051]  図２はスペーサーアーム−金属リガンドの発生（development）（ＧＭＡ＋ＩＤＡ）を示す概略図である。
【図３】[0052]  図３はＢＰＯラジカルの発生を示す概略図である。
【図４】[0053]  図４はＰＰおよびＧＭＡ−ＩＤＡの間の反応を示す概略図である。
【図５Ａ】[0054]  図５Ａ−５Ｂは、ＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡ（図５Ａ）および本来の（pristine）ＰＰ（図５Ｂ）のＡＦＭ画像である。
【図５Ｂ】[図５Ａ−５Ｂは、ＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡ（図５Ａ）および本来の（pristine）ＰＰ（図５Ｂ）のＡＦＭ画像である。
【図６】[0055]  図６は銅を装填したＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡを示す概略図である。
【図７】[0056]  図７はナノ複合材料である銀を装填したＰＰ繊維を示す概略図である。
【図８】[0057]  図８は銀を装填したＰＰ−ＧＭＡ−ＳＡを示す概略図である。
【図９】[0058]  図９は本明細書で開示される実施例に従って用いられる典型的な反応装置の概略図である。
【図１０】[0059]  図１０は未処理（ｖｉｒｇｉｎ）ＰＰおよびＰＰ−グラフト−ＧＭＡフィルムのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示す典型的なグラフである。
【図１１】[0060]  図１１はＰＰ、ＢＰＯおよびＧＭＡの間の化学反応の概略図である。
【図１２】[0061]  図１２は未処理ＰＰおよびＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡフィルムのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示す典型的なグラフである。
【図１３Ａ】[0062]  図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１３Ｅ】図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１３Ｆ】図１３Ａ−１３ＦはＰＰ表面上の銅の均一なキレート化の様々なＳＥＭ画像およびＥＤＳ分析を示す。
【図１４】[0063]  図１４は０．２Ｍ硫酸銅溶液中に８時間おきＤＩ水で繰り返しすすいだ後の未処理ＰＰシートおよびＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートの典型的な画像を示す。
【図１５Ａ】[0064]  図１５Ａ−１５Ｂは、１枚のＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートおよび１枚の未処理ＰＰシート上でのバイオフィルムの成長を表す、それぞれのＥ．ｃｏｌｉを含むフラスコから２４時間の培養の後に得られた細胞の試料の蛍光顕微鏡画像のセットを示す。
【図１５Ｂ】図１５Ａ−１５Ｂは、１枚のＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートおよび１枚の未処理ＰＰシート上でのバイオフィルムの成長を表す、それぞれのＥ．ｃｏｌｉを含むフラスコから２４時間の培養の後に得られた細胞の試料の蛍光顕微鏡画像のセットを示す。
【図１６】[0065]  図１６は、銅を含むＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートが細胞付着を未処理ＰＰシート上よりも約１桁低く維持していることを示す典型的なグラフである。
【図１７Ａ】[0066]  図１７Ａ−１７Ｂは、銅を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートの、クリーニング溶液およびキレートした銅を置き換える可能性がある金属塩の源の両方に相当する３種類の溶液中での１週間および２週間後の銅の重量の百分率を示す典型的なヒストグラムである。
【図１７Ｂ】図１７Ａ−１７Ｂは、銅を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートの、クリーニング溶液およびキレートした銅を置き換える可能性がある金属塩の源の両方に相当する３種類の溶液中での１週間および２週間後の銅の重量の百分率を示す典型的なヒストグラムである。
【図１８】[0067]  図１８は、それぞれ未処理のフィードスペーサー膜の標準化された流量および修飾されたフィードスペーサー膜の標準化された流量の濾過の比較を示す典型的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
[0068]  広い観点において、膜表面および／または膜を支持するフィードスペーサーの微生物付着または生物付着に取り組むための反応生成物および方法を本明細書において提供する。
【００５２】
[0069]  逆浸透（ＲＯ）濾過システムにおいて、濾過膜のシートまたはエンベロープの間に１又はそれより多くのフィードスペーサーが存在することを理解するべきである。例えば、特定のタイプのらせん状に巻かれたＲＯシステムにおいて、その膜は中央の管に取り付けられたポリプロピレンのスペーサー上に折り重ねられている。
【００５３】
[0070]  １観点において、抗生物付着金属イオンを装填した抗生物付着ナノ複合材料ポリマーを本明細書において提供する。用いられているポリマーがあらかじめ形成された状態、例えば成形品、フィルムまたは繊維（織られたもの、織られていないもの等）である場合、そのポリマーの外側の表面のみがそれに共有結合した金属イオンを有することができることを理解するべきである。
【００５４】
[0071]  特定の観点において、金属親和性リガンドはそのポリマーに共有結合している。その金属親和性リガンドに抗生物付着金属イオンを付加し、生物付着制御のためのその金属イオンの供給水中への遅い放出を可能にすることができる。特定の態様において、銅および銀のような特定の金属イオンに特異的な金属親和性リガンドを用いてそのポリマーにナノ構造を持たせることができる。その金属をキレートするリガンドは、スペーサーアームを介してそのポリマーに共有結合している。
【００５５】
[0072]  別の観点において、銅または銀イオンを装填した抗生物付着ナノ複合材料ポリマー性材料を作るための方法を本明細書において提供する。その方法は、最初の金属親和性リガンドの修飾を通して有機繊維上の銅／銀の結合の程度を制御することを含む。
【００５６】
[0073]  その抗生物付着反応生成物の配合において、金属をキレートするリガンドで構成される親和性基は非共有電子を金属イオンに供与して金属−リガンドの結合を形成する。特定の態様において、多座配位子、例えば１個のアミノポリカルボキシレートを有するイミノ二酢酸（ＩＤＡ）は別の官能基と反応するための反応性第二級アミン水素を提供する。
【００５７】
[0074]  そのポリマーリガンドは、そのポリマーに結合している“スペーサーアーム”側鎖の使用によりそのポリマーに間接的に結合させることができる。また、そのポリマーで作られたあらかじめ形成された物の場合、そのスペーサーアーム側鎖はその物の外側表面を構成するポリマー分子に付加することができる。
【００５８】
[0075]  スペーサーアーム側鎖の使用は、金属をキレートするリガンドをより容易にその金属イオンを受け入れる／結合するために露出させることおよび形作ることを可能にする。例えば、そのキレートするリガンドは反応性部分を有する側鎖に付加することができる。一例において、ＩＤＡをスペーサーアーム側鎖、例えばグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）のエポキシ基反応によりポリマーバックボーンまたはビニルモノマーに付加することができる。この反応はいくつかの利点を有する：（１）ＧＭＡはほとんどの他のビニルモノマーよりも安上がりな市販の工業材料である；（２）ＧＭＡは側鎖の中に反応性部分としてエポキシ環を有する；および（３）ＧＭＡは開始剤の添加により重合させる、または他のビニル基と共重合させることができるビニルモノマーを生成する。
【００５９】
[0076]  過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）は、ポリマーフィルムの表面上へのＧＭＡのグラフト重合のためのラジカル開始剤として用いることができる。１態様において、ポリマーフィルムの表面へのＧＭＡのグラフト重合は約８０℃の温度で起こることができる。次いでＩＤＡをＳＮ２反応によりポリマー−グラフト−ＧＭＡ複合体に付加する。次いでそのポリマー−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡを、銅イオンのキレート化のために硫酸銅溶液にさらす。
【００６０】
[0077]  別の態様において、そのポリマー−グラフト−ＧＭＡ複合体は開環部分、例えば硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）、硫酸水素塩（Ｈ２ＳＯ４）、および硝酸銀（ＡｇＮＯ３）に順次さらして銀イオンをＧＭＡスペーサーアーム側鎖に付加することができる。
【００６１】
[0078]  本発明は下記の実施例においてさらに定義され、そこでは別途記載しない限り全ての部（ｐａｒｔｓ）および百分率は重量によるものであり、度はセ氏である。これらの実施例は、本発明の好ましい態様を示しているが、説明のためにのみ与えられていることは理解されるべきである。本明細書における議論およびこれらの実施例から、当業者はこの発明の本質的な特徴を確かめることができ、その精神および範囲から逸脱すること無く、本発明の様々な変更および修正を、それを様々な用途および条件に適応させるためになすことができる。この明細書において参照された特許および非特許文献を含む全ての刊行物を、特別に本明細書に援用する。
【００６２】
[0079]
【実施例】
【００６３】
[0080]  実施例１
[0081]  固定化金属親和性（ＩＭＡ）に基づく分離のため、図１において概略的に図説されているように、金属をキレートする親和性基を用いて抗生物付着金属イオンをスペーサーアーム側鎖を介してバックボーンに固定する。キレートするリガンドは、そのキレートする基をより近づきやすくするために、スペーサーアームを介してポリマーに結合している。
【００６４】
[0082]  有用な金属をキレートする親和性基は、３個以上の電子対の共有を通して金属イオンと数個の配位結合を形成する強いルイス酸である。
【００６５】
[0083]  イミノ二酢酸（ＩＤＡ）は、この三配位性キレーターはその金属親和性媒体を調製するのに用いられる化学と同様に直接的で信頼できるため、金属をキレートする親和性基として用いることができる。ＩＤＡは金属イオンのそのキレートに対する強い結合およびタンパク質の親和性の間のバランスも提供する。他のキレートする基、例えばニトリロ三酢酸を利用して相対的な金属−ポリマー親和性を加減することができることは理解されるであろう。
【００６６】
[0084]  銀イオンを付加するため、ラジカル開始剤ＢＰＯおよびスペーサーアームＧＭＡを用いてそのポリマーにナノ構造を持たせることができる。銀イオンの装填に関して２種類の方法を試験することができる：（１）ＧＭＡエポキシ基をＳＯ３Ｈ基に変換し、次いでそれに銀イオンを装填する；および（２）ＩＤＡを銅イオンに対して同様の方式でキレートするリガンドとして用いる。
【００６７】
[0085]  実施例１ａ．  銅イオン
[0086]  ＧＭＡ＋ＩＤＡ複合体（図２）
[0087]  ＧＭＡおよびＩＤＡの反応の前に、ＧＭＡを真空下で蒸留し、一方でＩＤＡをＫＯＨで中和してＩＤＡの二カリウム塩を形成し、カルボン酸がＧＭＡのエポキシ環と反応しないようにする。
【００６８】
[0088]  ＩＤＡの二カリウム塩の溶液をＧＭＡに１：１のモル比で、強力な攪拌の下で１２時間、６５℃においてゆっくりと添加し、Ｎａ２ＣＯ３を添加してｐＨを１０〜１１に調節する。得られたＧＭＡ−ＩＤＡ複合体粒子を遠心分離する。
【００６９】
[0089]  ＰＰ＋ＢＰＯ＋ＧＭＡ−ＩＤＡ
[0090]  ポリプロピレン（ＰＰ）の接合のプロセスは２つの工程に従う：（１）ＧＭＡ−ＩＤＡ複合体粒子および開始剤（ＢＰＯ）による浸漬、そして（２）熱に誘導される接合。接合はＦＴＩＲにより１７２５ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ）および１６４０ｃｍ−１（ＣＯＯ−１）におけるピークの出現で確認される。
【００７０】
[0091]  図３において示されているように、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）は分解してベンゾイルラジカルとなり、それが今度はＣＯ２の除去を経て結果としてフェニルラジカルの形成をもたらす。
【００７１】
[0092]  フェニルおよびベンゾイルラジカルは共に優れた水素引き抜き剤である。ベンゾイルラジカルからのフェニルラジカルの形成は、反応の温度に依存する。この反応は、ベンゾイルおよびフェニルラジカルの間でどちらがＰＰのラジカル発生においてより有効であるかを決定するために、３５°〜９０℃の異なる温度で実施された。
【００７２】
[0093]  本明細書で開示される方法において、ＰＰシートを、選択された量のＢＰＯの液体混合物と共に反応アンプル中に置く。ＧＭＡ−ＩＤＡおよびトルエン（界面剤）を、室温において１時間、その混合物をＰＰシートにより吸着させるために導入する。次いでその湿った不均一な混合物を適切な温度まで加熱し、１５〜９０分間反応させる。
【００７３】
[0094]  次いでナノ構造を与えたＰＰシート（図４）を還流トルエン中で溶解させ、ＰＰシートのグラフト重合の間に形成された可能性があるＧＭＡのホモポリマーを除去する。次いでその生成物のシートを６０℃において真空下で乾燥させる。
【００７４】
[0095]  影響要因：
[0096]  本明細書において記述される反応は、多くの影響要因を有する。開始剤ＢＰＯの性能は、結合させるモノマーの性質およびモノマー対ＰＰ比に依存する。ＰＰの固体状態での接合を促進するために温度はＰＰの融点より下で保たれるが、高い温度はＰＰネットワーク中の不必要な切断およびクロスリンク反応をもたらす可能性がある。
【００７５】
[0097]  ＧＭＡの最初の真空蒸留は、ＧＭＡ−ＩＤＡ反応が起こるのを可能にする。ＰＰに関する非化学的なラジカル開始剤、具体的には照射およびプラズマ処理は非常に有効であることが分かったが、それらは対費用効果が低かった。さらに、温度の上昇が高かったためにＰＰシート中の切断およびクロスリンク反応が問題であった。概して言えば、ＢＰＯは最も対費用効果が高く、制御可能なラジカル発生の方法であることが分かった。図５Ａおよび５Ｂは、ラジカル発生に関してＢＰＯを用いて開発されたＰＰシート（図５Ｂ）およびＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡナノ複合材料（図５Ａ）のＦＴＩＲを示す。
【００７６】
[0098]  本来のＰＰの吸収のピークはそれぞれ次のように割り当てられる；２８４０〜約３０００ｃｍ−１におけるＣＨ伸縮振動、ならびに１３７５および１４５０ｃｍ−１におけるＰＰ中の−ＣＨの非対称および対称な伸縮。ＧＭＡ−ＩＤＡポリマーの接合の後、エステルカルボニル基の伸縮振動により１７２５ｃｍ−１における吸収バンドが生じ、１６３３ｃｍ−１における強いバンドはカルボン酸塩中のＣ＝Ｏの非対称な伸縮と関係している。
【００７７】
[0099]  図５Ａおよび５Ｂにおける原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像は、それぞれ本来のＰＰおよびＰＰ−コ−ＧＭＡ−ＩＤＡポリマーである。ＡＦＭを用いて表面の修飾の形態を調べた。ＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡのＡＦＭ画像（図５Ａ）は、接合されたＧＭＡ−ＩＤＡポリマーの層が本来のＰＰポリマーを部分的に覆ったことを示している。覆い方（ｃｏｖｅｒａｇｅ）は表面にわたってほとんど均一であるが、ＧＭＡ−ＩＤＡの塊が観察される。ＧＭＡ−ＩＤＡの覆い方の均一性は反応時間の関数であると考えられ、最適な表面の覆い方を決定するために異なる時間が調べられるであろう。
【００７８】
[00100]  Ｐ−ｃｏ−ＧＭＡ−ＩＤＡ＋銅（図６）
[00101]  ＰＰ−ｃｏ−ＧＭＡ−ＩＤＡ複合体は、さらに銅（ＩＩ）、ＣｕＳＯ４と１：１の比率で反応させることができる。複合体を室温で４８時間振とうし、ＤＩ水で洗浄し、真空下で６０℃において２時間乾燥させる。
【００７９】
[00102]  実施例１ｂ．銀イオン
[00103]  銀イオンに関して２種類の異なる方法が用いられた：（ｉ）親和性基法の使用；および（ｉｉ）スルホン化法の使用。
【００８０】
[00104]  （ｉ）親和性基法（ＩＤＡ）
[00105]  ＰＰ接合プロセスは、前に図２〜４において記述されたものと正確に同じ工程に従う。金属の装填に関して違いが生じる。
【００８１】
[00106]  ＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡポリマーを銀、Ａｇ＋１、溶液中に浸し、平衡状態まで銀イオンをキレートさせる。平衡状態は、ＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡ繊維上のＡｇ＋の最大吸着濃度である１８ｍｇ  Ａｇ＋／ｇ繊維において到達する。
【００８２】
[00107]  最後に、その銀を装填したＰＰ−ＧＭＡ−ＩＤＡ繊維を、３６６ｎｍの波長を有するＵＶ光により、およびホルムアルデヒド溶液中での浸漬により還元し、図７において示されているナノ複合材料繊維を形成する。
【００８３】
[00108]  （ｉｉ）スルホン化法
[00109]  ＰＰの接合プロセスは、ＩＤＡをＧＭＡに添加しないことを除いて銅に関するものと同じ工程に従う。従って、そのプロセスは：（１）ＧＭＡおよび開始剤（ＢＰＯ）による浸漬、そして（２）熱に誘導される接合；に従う。得られたエポキシ基のスルホン化は、ＰＰ−ＧＭＡを亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）／イソプロピルアルコール／水＝１０／１５／７５（重量比）の混合物中に８０℃において浸すことにより達成される。あらゆる残ったエポキシ基は、０．５Ｍ  Ｈ２ＳＯ４中に浸すことによりジオールに変換される。得られたポリマーをＳＡファブリックと呼び、ここでＳＡはスルホン酸基を意味する。
【００８４】
[00110]  次いで銀イオンをＰＰ−ＧＭＡ−ＳＡポリマー上に、それをＳＯ３Ｈ基に関して過剰量のＡｇイオンを有する硝酸銀（ＡｇＮＯ３）の０．１Ｍ水溶液に３０℃において２４時間浸すことにより装填する。そのプロセスを図８において示す。
【００８５】
[00111]  実施例２
[00112]  銅イオンを付加した金属をキレートするリガンドを有するスペーサーアームによるＰＰの機能性付与による低生物付着ＰＰフィルムの開発を開示する。Ｅ．ｃｏｌｉを用いて、修飾されたＰＰの低生物付着特性を測定した。
【００８６】
[00113]  材料
[00114]  ＰＰはＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ、テキサス州ヒューストンから得た。ＧＭＡはＦｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから購入し、使用前に真空蒸留した。イミノ二酢酸ナトリウム二塩基性（ＩＤＡ）水和物９８％は、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙから購入し、受け取った状態で使用した。ＢＰＯ、トルエン、アセトン、および硫酸銅も受け取った状態で使用することができる。
【００８７】
[00115]  Ｃｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡの調製および特性付け
[00116]  ＰＰシートを２ｃｍ２から４ｃｍ２までの範囲の面積を有する正方形に切り、エタノール中で超音波処理して洗浄し、それらの表面上のあらゆるものを除去した。次いでそのシートを６０℃で２４時間真空乾燥させた。その反応装置の概略図を図９において示す。その反応装置には、丸底フラスコ、冷却器、および窒素雰囲気下での反応混合物の加熱が含まれる。
【００８８】
[00117]  ＰＰシートの初期重量（Ｗ０）を測定した後、それらを溶媒／界面剤としてのトルエン、ラジカル開始剤ＢＰＯ、およびＧＭＡを含む丸底フラスコ中に置いた。ＧＭＡおよびＢＰＯをＰＰに関する接合の開始剤として用いた。重合はＣ−Ｃ二重結合の開裂を経て起こり、結果としてエポキシ環の本来の反応性を有するグラフト物質が得られた。このように、エポキシ基は望まれる金属イオン種をつなぎとめるために効果的に用いることができる。
【００８９】
[00118]  そのシートをその溶液中に浸した後、反応容器を窒素でパージし、温度を８０℃まで上げ、ＧＭＡのＰＰへの接合を起こさせた。次いでそのシートを取り出し、アセトンで洗浄して全てのＧＭＡホモポリマーを除去した。ＧＭＡのＰＰへの接合を確証するため、そのシートを６０℃で２４時間乾燥させ、減衰全反射フーリエ変換赤外分光計（ＡＴＲ−ＦＴＩＲ、Ｐｉｋｅ  ＨＡＴＲアダプターおよびＥｘｃａｌｉｂｕｒ  ＦＴＳ  ４００分光計を有するＤｉｇｉｌａｂ  ＵＭＡ  ６００  ＦＴ−ＩＴ顕微鏡）により分析した。そのシートの重量もこの時に測定した（Ｗｆ）。ＧＭＡのＰＰ上への接合のレベル（ＧＬ％）を、次の関係を用いて決定した：
【００９０】
【数１】
2011524803.tif 000003
【００９１】
[00119]  次いでそのシートをＩＤＡ溶液中においた。ＩＤＡとの反応の後、脱イオン水（ＤＩ）水を用いてそのシートをすすいだ後、それらを真空乾燥させ、再度ＡＴＲ−ＦＴＩＲ分光計により分析した。ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートを硫酸銅溶液中におき、ＩＤＡにＣｕ（ＩＩ）イオンをキレートさせた。銅の存在はエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＸＥＤＳ、統合型ＥＤＡＸ  Ｐｈｏｅｎｉｘ  ＸＥＤＳシステムを有するＵＴＷ  Ｓｉ−Ｌｉ固体Ｘ線検出器、アナーバーのミシガン大学にある）を用いて検出された。
【００９２】
[00120]  Ｃｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡの低生物付着分析
[00121]  ２個の１５０ｍＬエルレンマイヤーフラスコの、Ｅ．ｃｏｌｉ細菌細胞を３．０×１０５細胞／ｍＬの濃度で含むＬＢブロス（Ｄｉｆｃｏ／Ｂｅｃｔｏｎ，  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，メリーランド州スパークス）を用意した。未処理ＰＰおよびＣｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ両方の３枚のシートをそれぞれのフラスコに入れ、次いで３５℃で培養した。２４時間、９６時間、および１６８時間の時点で、シートをそれぞれのフラスコから取り出した。細胞をそのシートからＳｔｏｍａｃｈｅｒ  ４００サーキュレーター（Ｓｅｗａｒｄ  Ｌｔｄ，英国、ロンドン）を用いて剥離した。剥離した細胞をＱｕａｎｔ−ｉＴ  ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ  ｄｓＤＮＡ染色剤で染色し、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＢＸ５１蛍光顕微鏡およびＯｌｙｍｐｕｓ  ＤＰ−７０デジタルカメラを用いて計数した。各試料を三つ組で得て、各回１０個の領域を計数した。
【００９３】
[00122]  キレートするリガンドからの銅イオンの解放
[00123]  １００ｍＬのＤＩ水を３個の１５０ｍＬエルレンマイヤーフラスコに入れた。１個のフラスコに、２．６７ｇのＮａＣｌ、０．２６７ｇのＭｇＣｌおよび０．２６７ｇのＣａＣｌ２を入れた。別のものを、５ｍＭ  ＥＤＴＡをｐＨ１１において（ＮａＯＨで調節した）含むように用意した。最後のフラスコはそのｐＨをＨＣｌで３．５に調節した。
【００９４】
[00124]  Ｃｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートをそれぞれのフラスコに３枚ずつ入れ、振とうテーブルの上においた。１週間、２週間、および３週間後、１枚のシートをそれぞれの溶液から取り出し、ＤＩ水で洗浄し、一夜真空乾燥させ、ＸＥＤＳを用いて分析した。シートごとに４箇所の領域を分析し、その最初の修飾の後いずれの溶液中にもおいていない修飾されたシートと比較した。
【００９５】
[00125]  結果：
[00126]  Ｃｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡの調製および特性付け
[00127]  本明細書において記述される実施例は、金属をキレートするリガンドを有するスペーサーアームによるＰＰシートの機能性付与に焦点を合わせており、それはこれらの基が（ｉ）極めて安定であり容易に合成される、（ｉｉ）様々な範囲の条件にわたって効果を発揮する、（ｉｉｉ）容易に制御できる結合親和性を有する、および（ｉｖ）モデル研究に十分に適しているためである。
【００９６】
[00128]  本明細書において記述される実施例において、ＢＰＯがＧＭＡのＰＰ表面へのグラフト重合のためのラジカル開始剤として８０℃、または文献において概説されている温度のほぼ半分の温度において用いられる。図１０は、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡシートのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示す。１７２４および１２５３ｃｍ−１に存在する吸収バンドは、それぞれエポキシ基のカルボニルの伸縮およびエステルの振動により引き起され、これはＧＭＡの結合を示している。この化学反応を図１１において示す。
【００９７】
[00129]  次いで、ＳＮ２反応により、ＩＤＡをＰＰ−グラフト−ＧＭＡに付加した。全てのシートに関する平均接合レベル（ＧＬ％）はおおよそ４０％であった；それは他の研究と関係する平均接合レベルよりも３〜４倍を超えて高い。以前の研究は、１００〜１４０℃の反応温度でのＰＰ粉末または顆粒の使用は約７％の接合をもたらすことを示している。別の研究は、ラジカル発生に関して、ＰＰフィルムをＧＭＡおよびＢＰＯと共に超臨界ＣＯ２中で１３０バール、７０℃において１０時間浸した後の、１２０℃における熱に誘導される接合は、１３．８％の接合しかもたらさないことを示した。理論に束縛されることを望むわけでは無いが、本発明者らはここで、この実施例において観察された高レベルの接合は、制御されない急激に開始された高濃度のＧＭＡモノマーとの重合によるものであったと信じる。
【００９８】
[00130]  図１２は、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示す。１５８９および３３７１ｃｍ−１における吸収は、それぞれＩＤＡ中に存在するカルボン酸からのカルボニルの伸縮およびカルボン酸からのＯＨの伸縮により引き起されている。関係する化学反応を図４において示す。
【００９９】
[00131]  未処理ＰＰシートおよびＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートを、０．２Ｍ硫酸銅溶液中に８時間おいた。８時間の終了の時点で、シートを繰り返しＤＩ水ですすいだ。硫酸銅にさらした後（図６において示した反応）、ＸＥＤＳ分析をシート上で行い、それは表面上に３．２７±０．７４重量％の銅の装填があったことを示した。
【０１００】
[00132]  また、図１３Ａ−１３Ｆが示すように、ＳＥＭ画像において存在する視覚による物理的異常にも関わらず、銅のマッピングはシートの表面にわたる均一な分布を示した（図１３Ａ−１３Ｃ）。シートの視覚による検査は、銅がＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡにキレートしていることを明確に示した（図１３Ｄ−１３Ｆ）。
【０１０１】
[00133]  図１４において示されているように、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートは硫酸銅溶液にさらされた際に青色に変わり（白黒写真では暗くなったように示されている）、一方同じ溶液にさらされた未処理ＰＰシートはその元の色（わずかにくすんだ／白色）を保持していた。
【０１０２】
[00134]  Ｃｕ（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡの生物付着分析
[00135]  図１５Ａ−１５Ｂは、それぞれのＥ．ｃｏｌｉを含むフラスコからの２４時間の培養の後に撮られた蛍光顕微鏡写真の内の２枚を示す。異なる時間間隔において取り出されたそれぞれのシートに関して、３０枚のこれらの画像を撮影した。２４時間後にＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡシートに付着していた細胞の数は、未処理ＰＰシートに付着していた細胞の数よりも有意に少なかった。
【０１０３】
[00136]  図１６は、全１６８時間にわたって集められたデータを、それぞれの時点に関する標準偏差を含めて示している。２４時間後、付着は未処理ＰＰシート上で４．０×１０７±２．１×１０６細胞／ｃｍ２に対してＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シート上では２．９×１０６±２．９×１０５細胞／ｃｍ２であった。
【０１０４】
[00137]  ９６時間の時点でも類似の結果が得られ、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シート上では３．１×１０７±２．２×１０５細胞／ｃｍ２であり；未処理ＰＰシート上では９．１×１０８±３．９×１０６であった。
【０１０５】
[00138]  １６８時間における結果は、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シート上では４．５×１０７±４．９×１０４であり；未処理ＰＰシート上では３．７×１０８±１．１×１０５であった。
【０１０６】
[00139]  見て分かるように、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートに付着した細胞の数は未処理ＰＰシートに付着した細胞の数よりも一貫しておおよそ一桁低かった。
【０１０７】
[00140]  キレートするリガンドからの銅イオンの放出
[00141]  図１７Ａ−１７Ｂは、濃縮された一般的なクリーニング溶液中での２週間の後の銅の放出が顕著では無かったことを示している。有意に異なる銅の重量百分率が観察された２つの事例は、ｐＨ１１の５ｍＭ  ＥＤＴＡ溶液に２週間さらした後；ならびにｐＨ３．５のＨＣｌ溶液に１週間および２週間さらした後の両方であった。集められたデータは、一般的な金属イオン、例えばナトリウム、カルシウム、およびマグネシウムはキレートされた銅と置き換わらないことを示している。高度に酸性の溶液および５ｍＭ  ＥＤＴＡはＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートに２週間後にいくらか影響を及ぼしているようであったが、さらされた後にシート状に残っていた銅の重量パーセントはＨＣｌおよびＥＤＴＡ溶液に関してそれぞれ３．２６％±０．４１および３．８９±０．２８であった。これらの重量パーセントにおいてさえも、銅はまだ殺生物剤として有効に作用する。
【０１０８】
[00142]  他の研究ではより高い温度またはより過酷な条件のどちらかが提案されているのに対し、ＰＰはＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡになるのに約８０℃の温度で十分に修飾されたことが赤外分光分析により証明されたことを特筆すべきである。
【０１０９】
[00143]  また、ＳＥＭおよび元素分析は、ＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾材料は均一に銅（ＩＩ）を付加されていたことを示した。本明細書においてここで記述されているように、この修飾法は組み立てが容易な反応装置、安価で分かりやすい配合技法、および容易に入手できる化学物質を利用する。
【０１１０】
[00144]  生物付着分析は、未処理ＰＰシートに付着した細胞の数が、１６８時間の期間にわたって、銅（ＩＩ）を付加したＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾シートに付着した細胞の数よりもおおよそ一桁高かったことを示した。これは、その金属イオンを付加したポリマー−グラフト−材料が様々な適用、例えば食品の包装、医療用デバイス、およびＲＯフィードスペーサーに有用であり、性能および寿命を増大させる一方でその最終用途の適用に関するコストを最終的に低減することができることを示している。
【０１１１】
[00145]  実施例３
[00146]  図１８は、修飾されていないフィードスペーサー膜および付加されたＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾フィードスペーサー膜の間の、ゼロから３０００分までの期間にわたる標準化された流量の濾過の比較を示す。付加されたＰＰ−グラフト−ＧＭＡ−ＩＤＡ修飾フィードスペーサーは、未処理のフィードスペーサーのおおよそ２倍の標準化された流量を有していた。
【０１１２】
[00147]  本発明は様々な、および好ましい態様に関連して記述されたが、本発明の本質的な範囲から逸脱すること無く様々な変更を加えてよく、その要素の代わりに均等物を用いてよいことを当業者は理解するべきである。加えて、個々の状況または材料を本発明の教えに適合させるために、その本質的な範囲から逸脱すること無く多くの修正を加えてよい。
【０１１３】
[00148]  従って、本発明はこの発明を実行するために考えられた本明細書において開示された特定の態様に限定されないが、本発明は特許請求の範囲内に含まれる全ての態様を含むであろうことを意図する。
【０１１４】
[00149]  参考文献
[00150]  本発明を明らかにするために、または本発明の実施に関する追加の詳細を提供するために本明細書で用いられた刊行物および他の資料を本明細書に援用し、便宜のために下記の参考文献一覧において提供する。
【０１１５】
[00151]  本明細書で列挙された文書のいずれかの引用は、前述のもののいずれかが関係する先行技術であるという自認として意図するものでは無い。これらの文書の日付に関する全ての声明または内容に関する描写は、出願者に利用可能な情報に基づくものであり、これらの文書の日付または内容の正しさに関して自認を構成するものでは決して無い。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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