(57)【要約】基板表面を活性化する接着層を備える高分子基板が提供され、これによって、該基板は、有機化合物、無機化合物、金属化合物およびまたは有機金属化合物と反応する。高分子基板の表面は、酸化物接着層を形成するに適切な条件にかけられた金属酸化物層で被覆される。機能化高分子表面を形成する堆積技術をフォトリソグラフィ技術を組み合わせることによって、高分子表面におけるＲＧＤ存在の空間的制御が可能となり、細胞以下のレベルでの分解能が達成される。表面パターン化によって、高分子表面における細胞付着場所の制御が可能となり、細胞形状に影響を与える。本明細書に記述した高分子の金属化により、種々のフレキシブルな基板上への金属ベースの電気回路調製手段が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）金属アルコキシドと高分子表面を接触させるステップと、
ｂ）熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解および部分加水分解から構成される群の１つまたは複数から選択される前記表面上に酸化物接着層を形成するための適切な条件に、前記金属アルコキシドをかけるステップと、を備えることを特徴とする高分子表面の活性化プロセス。
【請求項２】
ステップａ）には、蒸着または浸漬堆積が含まれることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
ステップｂ）には、前記金属アルコキシドを約５０℃〜前記高分子の融点の範囲まで加熱するステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属アルコキシドはジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属は、周期表第３〜６族あるいは第１３〜１４族の遷移金属であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アルコキシドは、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシドおよびフッ素化アルコキシドから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化物接着層を、有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物から選択される付加的な材料と反応させて、前記付加的な材料を前記酸化物接着層を介して高分子表面に結合させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記付加的な材料には、金属酸化物あるいはアルコキシドと反応する十分に酸性の有機化合物が含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記付加的な材料には、カルボン酸化合物、ホスホン化合物、リン化合物、ホスフィン化合物、スルフィン化合物、スルホン化合物およびヒドロキサム化合物から構成される群から選択される有機化合物が含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記付加的な材料には、金属化合物が含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属化合物には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属化合物は硫酸銅であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属化合物は硝酸銀であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記付加的な材料には、酸化物、アルコキシド、水酸化物あるいは水酸基またはπ結合と反応する有機金属化合物が含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記付加的な材料には無機化合物が含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記付加的な材料は、シラン類、シロキサン類、カルボン酸塩類、ホスホン酸塩類、アルケン類、アルキン類、ハロゲン化アルキル類、エポキシド類、カルボン酸エステル類、アミド類、ホスホン酸エステル類およびイミド類から構成される群から選択されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記付加的な材料は、蒸着またはスパッタにより前記酸化物接着層に導入されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記付加的な材料は、浸漬堆積または抽出堆積により前記酸化物接着層に導入されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
前記付加的な材料の堆積前に、前記酸化物接着層を選択的に完全加水分解または部分加水分解させるステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項２０】
堆積した付加的な材料を加熱処理または電子レンジ処理にかけるステップをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項２１】
前記付加的な材料は金属であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記付加的な材料は、誘電率の高い無機化合物であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記付加的な材料には、柔軟な回路デバイスが含まれることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記付加的な材料には１つまたは複数の高分子が含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項２５】
前記接着層を機能化して生物学的応答を引き出すステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記生物学的応答は細胞誘引であり、前記接着層には、有機酸、核酸、タンパク質およびペプチドが含まれることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記接着層は連続的であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記高分子表面は、前記金属アルコキシドの金属原子と配位可能な表面配位基を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記高分子は、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリ尿素類、ポリエステル類、ポリケトン類、ポリイミド類、ポリスルフィド類、ポリスルホキシド類、ポリスルホン類、ポリチオフェン類、ポリピリジン類、ポリピロール類、ポリエーテル類、シリコン類、ポリアミド類、多糖類、フッ素重合体類、アミド類、イミド類、ポリペプチド類、ポリエチレン、ポリスチレンおよびポリプロピレンから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３０】
前記高分子は、ポリエチレンテレフフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）類およびナイロンから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
表面と、前記表面に結合した酸化物接着層と、を備えた高分子基板であって、前記酸化物接着層には、熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解および部分加水分解から構成される群の１つまたは複数で処理される金属アルコキシドが含まれることを特徴とする高分子基板を含む組成物。
【請求項３２】
前記金属アルコキシドはジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）であることを特徴とする請求項３１の組成物。
【請求項３３】
前記金属は、周期表第３〜６族あるいは第１３〜１４族の金属であることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項３４】
前記アルコキシドは、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシドおよびフッ素化アルコキシドから構成される群から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項３５】
前記酸化物接着層上に配置された、有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物から選択される付加的な材料を含むことを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項３６】
前記付加的な材料には、金属酸化物あるいはアルコキシドと反応する十分に酸性の有機化合物が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項３７】
前記付加的な材料には、カルボン酸化合物、ホスホン化合物、リン化合物、ホスフィン化合物、スルフィン化合物、スルホン化合物およびヒドロキサム化合物から構成される群から選択される有機化合物が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項３８】
前記付加的な材料には、金属化合物または金属が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項３９】
前記金属化合物には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔあるいはこれらの塩が含まれることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項４０】
前記金属化合物は硫酸銅であることを特徴とする特請求項３１に記載の組成物。
【請求項４１】
前記金属化合物は硝酸銀であることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項４２】
前記付加的な材料には、酸化物、アルコキシド、水酸化物あるいは水酸基またはπ結合と反応する有機金属化合物が含まれることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項４３】
前記付加的な材料には無機化合物が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４４】
前記付加的な材料は、シラン類、シロキサン類、カルボン酸塩類、ホスホン酸塩類、アルケン類、アルキン類、ハロゲン化アルキル類、エポキシド類、カルボン酸エステル類、アミド類、ホスホン酸エステルおよびイミド類から構成される群から選択されることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４５】
前記付加的な材料は、蒸着またはスパッタにより前記酸化物接着層に導入されることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４６】
前記付加的な材料は、浸漬堆積または抽出堆積により前記酸化物接着層に導入されることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４７】
前記付加的な材料の堆積前に、前記酸化物接着層を選択的に完全加水分解または部分加水分解させることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４８】
堆積した付加的な材料を加熱処理または電子レンジ処理にかけるステップを備えることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項４９】
前記付加的な材料は金属であることを特徴とする請求項４８に記載の組成物。
【請求項５０】
前記付加的な材料は、誘電率の高い無機化合物であることを特徴とする請求項４８に記載の組成物。
【請求項５１】
前記付加的な材料には、柔軟な回路デバイスが含まれることを特徴とする請求項４８に記載の組成物。
【請求項５２】
前記付加的な材料には１つまたは複数の高分子が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項５３】
前記接着層を機能化して生物学的応答を引き出すことを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項５４】
前記生物学的応答は細胞誘引であり、前記接着層には、有機酸、核酸、タンパク質およびペプチドが含まれることを特徴とする請求項５３に記載の組成物。
【請求項５５】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする心血管または血管インプラント装置。
【請求項５６】
ステント、置換心臓弁、置換心臓弁部品、弁葉、縫合カフ、オリフィス、弁形成リング、ペースメーカ、ペースメーカ高分子メッシュバッグ、ペースメーカリード、ペーシングワイヤ、心臓内パッチ／綿撒糸、血管パッチ、代用血管、血管内カテーテルおよび徐細動器なら成る群から選択されることを特徴とする請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする組織足場装置。
【請求項５８】
不織布メッシュ、織布メッシュおよび発泡体から成る群から選択されることを特徴とする請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記接着層は、骨伝導を増加させるように機能化されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項６０】
前記接着層には、周期表第３〜６族または第１３〜１４族の金属酸化物、あるいは第３〜６族または第１３〜１４族の金属混合酸化物アルコキシドが含まれることを特徴とする請求項５９に記載の組成物。
【請求項６１】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする整形外科インプラント装置。
【請求項６２】
整形外科外傷インプラント、関節インプラント、脊髄インプラント、プレート、ネジ、棒、プラグ、ケージ、ピン、釘、ワイヤ、ケーブル、アンカー、足場、手関節、手首関節、肘関節、肩関節、脊柱関節、腰関節、膝関節、足首関節から選択される人工関節、骨置換、骨固定締結、および歯・顎顔面インプラントから選択されることを特徴とする請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする脊柱インプラント装置。
【請求項６４】
椎間ケージ、椎弓根スクリュ、棒、コネクタ、架橋、ケーブル、スペーサ、椎間関節置換装置、椎間関節強化装置、腰部脊柱減圧プロセス装置、腰部脊柱スペーサ、脊椎強化装置、ワイヤ、プレート、脊柱関節形成装置、椎間関節固定装置、骨アンカー、軟組織アンカー、フック、間隔ケージ、セメント再生ケージから成る群から選択されることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記接着層は生物耐性のために機能化されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項６６】
前記接着層は、少なくとも１つのポリエチレングリコール結合領域を含むことを特徴とする請求項６５に記載の組成物。
【請求項６７】
インプラント診断装置、バイオセンサ、グルコースモニタ装置、外部固定装置、外部固定インプラント、顔面骨折外部固定装置とインプラント、整形外科外傷インプラント、プレート、ワイヤ、ネジ、釘、ピン、ケーブル、間隔ケージ、セメント再生ケージから選択される装置、ステント、置換心臓弁、置換心臓弁部品、弁葉、縫合カフ、オリフィス、弁形成リング、ペースメーカ、ペースメーカ高分子メッシュバッグ、ペースメーカリード、ペーシングワイヤ、心臓内パッチ／綿撒糸、血管パッチ、代用血管、血管内カテーテル、コンタクトレンズ、眼内インプラント、人工角膜、シャント、コイルから選択される神経外科装置とインプラント、導尿用カテーテル、シャント、テープ、メッシュ、ロープ、ケーブル、ワイヤ、縫合糸、皮膚ステープル、火傷シートおよび血管パッチなどの一般外科装置とインプラント、および一時的／非永続的なインプラントから成る群から選択されることを特徴とする請求項６５に記載の組成物を含む装置。
【請求項６８】
前記接着層は、パターン化またはマイクロパターン化されて前記基板上に配置されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項６９】
前記付加的な材料は、パターン化またはマイクロパターン化されて前記接着層上に配置されることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項７０】
前記接着層およびまたは前記付加的な材料は、少なくとも２つの異なる機能化領域を含むことを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７１】
前記接着層は連続的であることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７２】
前記高分子表面は、前記金属アルコキシドの金属原子と配位可能な表面配位基を含有することを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７３】
前記高分子は、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリ尿素類、ポリエステル類、ポリケトン類、ポリイミド類、ポリスルフィド類、ポリスルホキシド類、ポリスルホン類、ポリチオフェン類、ポリピリジン類、ポリピロール類、ポリエーテル類、シリコン類、ポリシロキサン類、多糖類、フッ素重合体類、アミド類、イミド類、ポリペプチド類、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ガラス繊維強化エポキシ、液晶高分子、熱可塑性高分子、ビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）樹脂、ベンゾシクロブテン高分子、味の素層間絶縁用フィルム（ＡＢＦ）、ガラス繊維強化エポキシの低熱膨張（ＣＴＥ）フィルムおよびこれらの高分子を含む複合体から選択されることを特徴とする請求項３１の組成物。
【請求項７４】
前記高分子は、ポリエチレンテレフフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）類およびナイロンから構成される群から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７５】
前記アルコキシドは、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシドおよびｔｅｒｔ−ブトキシドから構成される群から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７６】
前記付加的な材料には銅が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項７７】
前記付加的な材料には、無電解銅溶液から形成された銅が含まれることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項７８】
前記高分子は１つまたは複数の絶縁体フィルムであり、前記付加的な材料は１つまたは複数の金属層を含むことを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項７９】
前記高分子は、ガラス繊維強化エポキシ、液晶高分子、熱可塑性高分子、ビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）樹脂、ベンゾシクロブテン高分子、味の素層間絶縁用フィルム（ＡＢＦ）、ガラス繊維強化エポキシの低熱膨張（ＣＴＥ）フィルムおよびこれらの高分子を含む複合体から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項８０】
前記高分子はパターン化された絶縁体フィルムであり、電気回路を形成する１つまたは複数の金属層を含むことを特徴とする請求項３１に記載の組成物。
【請求項８１】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする歯インプラント装置。
【請求項８２】
請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする顎顔面インプラント装置。
【請求項８３】
導尿用カテーテル、シャント、テープ、メッシュ、ロープ、ケーブル、ワイヤ、縫合糸、皮膚ステープル、火傷シートおよび血管パッチから選択される請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とする一般外科手術装置。
【請求項８４】
ステープル、骨アンカー、軟組織アンカーから選択される請求項３１に記載の組成物を含むことを特徴とするスポーツ医学装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は活性化表面を有する基板に関する。特に、高分子基板表面上の金属酸化物薄層は、該基板表面を活性化する接着層を形成する。
【０００２】
基板表面に結合した活性化層は、基板と有機材料または金属材料などの他材料間のインターフェースとして利用するデバイスの製造においては有用である。この活性化層によって、基板を該有機材料または金属材料と反応させ結合させることができる。
【０００３】
基板上に高分子層を堆積する重合方法を用いて、基板表面を被覆する有機層を発達させることは周知である。一般に、これらの層の表面構造は良好ではない。すなわち、高分子内に取り込まれた、表面全域の孤立した場所（「島」）から外方へ、「島」間の表面にさらなる化学結合を形成することなく、高分子物質が最終的に「島」間の表面に橋架けするまで重合が進行するにつれて、モノマ部分が表面に付着して高分子被覆が成長する傾向がある。この成長と結合のパターンによって、該層（多くの場合、厚みは数百ｎｍ〜数μ）を含む種の多くの層と同じ厚みを有するが、被覆層と基板表面を含む種間の結合が比較的少ない層を形成する傾向がある。
【０００４】
例えば「スピンオン」技術で塗布されたバルク重合体を含む有機層も周知である。これらのタイプの被覆においても、基板表面と被覆間の結合は同様に少ない。被覆と基板表面間の、基板単位面積当たりの結合数が少ない被覆基板では基板と被覆間の機械的付着力が弱く、また電子伝達も悪い。その結果、こうした被覆基板は機械的強度が弱く、一般に長期安定性が劣る。また、こうした被覆を電子デバイスに用いると、効率的な電荷輸送特性を示さない。無機基板上の有機単分子層の例は米国特許第６，１４６，７６７号に記載されており、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００５】
一部の用途では、基板上に次の層を堆積する前に、基板表面の活性化が必要かもしれない。本発明者らは、−ＯＨあるいは−ＮＨ基などの酸性プロトンを含む基板は、第ＩＶ族アルコキシド類と反応させることにより機能化できることを以前に示した。この方法では、バルク重合体の表面と結合する分子付着種は生成できるが、表面に酸性基を有する材料に限定される。Ｄｅｎｎｅｓ，Ｔ．Ｊ．；Ｈｕｎｔ，Ｇ．Ｃ．；Ｓｃｈｗａｒｚｂａｕｅｒ，Ｊ．Ｅ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｈｉｇｈ−Ｙｉｅｌｄ  Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｃａｆｆｏｌｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｔｏ  Ａｔｔａｃｈ  Ｃｅｌｌ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００７，１２９，９３−９７（９５ページスキーム３下、第２欄２０〜３８行目；９６ページ図１下、第１欄１〜２４行目および第２欄１〜６行目）およびＤｅｎｎｅｓ，Ｔ．Ｊ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｅｌｌ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｏｎ  ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ，Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｔｅｒ２００８，４，８６−８９（８７ページスキーム１下、第１欄２２〜２４行目および第２欄１〜１９行目）を参照のこと。これらは参照により本明細書に援用される。従って、生物医学的に重要であり、容易に酸性化できる基を有さないポリエステル類およびポリケトン類は使用できない。さらに、該接着種は高分子表面に付着した個々の分子であり、表面を被覆する連続的なマトリクスを形成しない。その目的のために、プロトン移動ステップを必要としない連続的なアルコキシド薄層を備えた高分子基板表面の機能化が望まれる。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、ポリアミド類とポリウレタン類だけでなく、ポリエステル類、ポリケトン類、ポリエーテル類、ポリイミド類、アラミド類、ポリフルオロオレフィン類、エポキシ類、あるいはこれらの高分子を含む合成物を活性化する、広範に応用可能な化学プロセスを提供する。
【０００７】
ある実施形態では、本発明は、表面上の次の材料または層の共有結合に用いられる、活性化されたあるいは機能化された高分子表面を提供する。該高分子は、連続層と呼んでもよい金属酸化物薄層（酸化物接着層）で被覆されている。本明細書で用いる「連続層」とは、表面を被覆する個々の分子とは対照的に、互いに化学的に結合・連結した個々の分子のマトリクスで形成された層を指す。本実施形態の場合、金属アルコキシド分子は、高分子表面の少なくとも一部で互いに結合して連続層を形成する。連続層の主要な利点の１つは、連続的な金属酸化物接着層で被覆された表面全体が活性化されているということである。個々の分子が表面に配置されている先行技術では、酸性プロトンが利用できる表面領域、すなわち、酸性官能基を有する領域だけが活性化される。
【０００８】
本発明の１つの態様では、高分子表面は、酸性官能基領域と金属アルコキシド官能基化層で被覆された領域とを備えていてもよい。そのような実施形態では、金属アルコキシド機能化層は、酸性官能基の領域間スペースを埋めるものと考えてもよい。
【０００９】
別の実施形態では、金属アルコキシド機能化層は、酸性官能基を有する高分子領域に適用されてもよい。
【００１０】
金属酸化物接着層は、約１ｎｍ〜１μｍ、好適には約２ｎｍと薄く柔軟である。薄層であるために、クラック、剥離あるいは破壊なしに、該酸化物接着層を基板材料と共に曲げることができる。
【００１１】
該被覆プロセスは、高分子上に金属アルコキシドを堆積するステップと、部分的な加水分解と共にあるいは部分的な加水分解なしで前記基板を加熱し、前記金属アルコキシド分子に、前記高分子表面に共有結合で接着した連続金属酸化物接着層を形成させるステップと、を備える。
【００１２】
ポリエチレンテレフフタレート（ＰＥＴ）およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の表面を含む様々な高分子表面は、アルコキシド接着層を通して機能化できる。該接着層との反応によって、ＲＧＤ末端高分子表面を調製し、高分子に関してまだ報告されていない最高の導入量（４０〜１８０ｐｍｏｌ／ｃｍ２あるいは空間被覆率１０〜４０％）を実現し、また、インビトロでの繊維芽細胞あるいは骨芽細胞の付着と拡張とに成功した。機能化高分子表面を形成する蒸着技術を、既知のフォトリソグラフィ技術と組み合わせると、高分子表面でのＲＧＤ表出の空間制御が細胞内解像で達成される。この表面パターニングにより、高分子表面における細胞付着場所および細胞形状の影響を制御が可能となる。本発明による高分子の金属化により、種々のフレキシブル基板上に金属ベースの電気回路を調製する手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付の図面と本発明の実施形態に関する以下の具体的な説明とにより、本発明の一層完全な理解が得られるであろう。
【図１】本発明の少なくとも１つの実施形態の組成物を得るための高分子表面の活性化方法を示す概略図である。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施形態の組成物の製造方法を示す概略図である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態の組成物の製造方法を示す概略図である。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態の方法を示す概略図である。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態の方法を示す概略図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、高分子表面上の金属酸化物／アルコキシド層の形成方法を示す概略図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態による、接着層上のホスホン酸堆積方法を示す概略図である。
【図８】図８Ａは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、ＰＥＴ上の接着層に結合した有機ホスホン酸塩のリン（Ｐ）領域におけるＸ線光電子スペクトル（ＸＰＳ）を示すグラフである。図８Ｂは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、ＰＥＴ上の接着層に結合したジルコニア（Ｚｒ）領域におけるＸ線光電子スペクトル（ＸＰＳ）を示すグラフである。
【図９】図９Ａは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、ＰＥＴの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。図９Ｂは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、ＰＥＴ上のホスホン酸の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１０】本発明の少なくとも１つの実施形態による、接着層を通したカルボン酸およびシランのＰＥＴおよびＰＥＥＫへの結合方法を示す概略図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、誘導体化ＰＥＥＫ上への骨芽細胞の付着を示す写真である。図１１Ａは、ＲＧＤ−改質ＰＥＥＫ（３０ａ）上の細胞を示す。図１１Ｂは、Ｃ１２ビスホスホン酸塩（Ｃ１２ＢＰ）−改質ＰＥＥＫを示す。図１１Ｃは、抗ビンキュリン抗体と第２フルオレセイン−共役抗体で固定化・染色されて３時間後のＰＥＥＫ表面制御を示す。棒目盛は５０μｍである。図１１Ｄは、未処理ＰＥＥＫ、ＲＧＤ−誘導体化ＰＥＥＫおよびＣ１２ＢＰ−誘導体化ＰＥＥＫに対する１０倍顕微鏡視野当たりの細胞数を示す。
【図１２】図１２は、本発明の少なくとも１つの実施態様による、ＰＥＴとＰＥＥＫ上へのフルオレセインまたはＲＧＤのパターニング方法を示す概略図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の少なくとも１つの実施態様による、図１２の方法により、ＰＥＥＫ上（図１２Ａ）およびＰＥＴ上（図１２Ｂ）のパターン化されたフルオレセインの写真である（棒目盛は５０μｍ）。
【図１３】本発明の少なくとも１つの実施形態による、ＰＥＴ上のパターン化されたローダミン（赤のバックグラウンド）とフルオレセイン（緑の円）の写真である（棒目盛は５０μｍ）。
【図１４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、ナイロン６／６（図１４Ａおよび図１４Ｂ）およびＰＥＴ（図１４Ｃ）上のＲＧＤ島に接種された細胞の写真である。ビンキュリン含有の焦点性付着部の細胞を染色（図１４Ａ、図１４Ｂ）し、Ｃｅｌｌ  Ｔｒａｃｋｅｒ  Ｇｒｅｅｎ（登録商標）で標識化（図１４Ｃ）した。図１４Ｃの赤い円はパターン境界を示す（棒目盛は５０μｍ）。
【図１５】本発明の少なくとも１つの実施態様による、接着層に結合した銅塩をジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）で還元する前（図１５Ａ）と後（図１５Ｂ）の電子分散Ｘ線（ＥＤＸ）分析のグラフである。
【図１６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜上にパターン化されたＺｒ（図１６Ａ）およびＣｕ（図１６Ｂ）外観を示すＥＤＸマップ写真である。
【図１７】本発明の少なくとも１つの実施形態の、ＤＭＡＢ還元によるＫａｐｔｏｎ（デュポン社の登録商標）ポリイミド膜上に１０μｍ外観でパターン化された銅「種子」のＡＭＦグラフ（図１７Ａ）およびＮａＢＨ４還元により形成された銅充填「ピット」のＡＭＦグラフ（図１７Ｂ）である。
【００１４】
添付の図面は本発明の典型的な実施形態だけを示すものであり、従ってその範囲を制限するものではなく、他の同様に効果的な実施形態を受け入れられることは留意されるべきである。可能な限り、同一の要素には同一の参照番号を付けている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の記述においては、本発明の完全な理解のために、説明の目的で特定の番号、材料および構成を記載している。しかし、本発明はこれらの具体的な詳細がなくても実施できることは当業者には明らかであろう。本発明を不明確にしないために、一部の例では周知の特長は省略または簡略化される可能性がある。また、本明細書において、「１つの実施形態」または「ある実施形態」などのフレーズへの言及は、該実施形態に関連して記述された特定の特長、構造あるいは特性が発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。本明細書の各所に「１つの実施形態において」などのフレーズが現れるが、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。
【００１６】
図１では、本発明によるデバイスまたは組成物は、配位基Ｘおよび配位基Ｘを介してその表面に結合した酸化物接着層２７を有する表面活性化高分子基板１０を備えており、前記酸化物接着層２７は、一般にＭ−Ｏ−Ｒで表される金属アルコキシドである。前記酸化物接着層２７は、これに限定されないが、熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解および／または部分加水分解などのプロセスにかけられたものである。
【００１７】
高分子基板１０は機能化可能な任意の高分子であり、前記金属アルコキシドの金属原子Ｍと配位可能な表面配位基Ｘを含有する、合成およびまたは天然高分子分子を含む種々の物質の内の任意ものを含んでもよい。好適な高分子基板には、これに限定されないが、ポリアミド類（例えばタンパク質）、ポリウレタン類、ポリ尿素類、ポリエステル類、ポリケトン類、ポリイミド類、ポリスルフィド類、ポリスルホキシド類、ポリスルホン類、ポリチオフェン類、ポリピリジン類、ポリピロール類、ポリエーテル類、シリコン類（ポリシロキサン類）、多糖類、フッ素重合体類、エポキシ類、アラミド類、アミド類、イミド類、ポリペプチド類、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ガラス繊維強化エポキシ、液晶高分子、熱可塑性高分子、ビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）樹脂、ベンゾシクロブテンＡＢＦＧｘ１３、ガラス繊維強化エポキシの低熱膨張（ＣＴＥ）フィルムおよびこれらの高分子を含む合成物が含まれる。本質的に、金属アルコキシドと配位可能な高分子表面上の任意の電子対供与体は、本発明での利用に好適である。好適な実施形態では、前記高分子基板は、ポリエチレンテレフフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド類、アラミド類、エポキシ類およびナイロンである。該酸化物接着層２７は、高分子表面上の配位基と金属アルコキシドの金属との共有結合によって高分子の表面に接着する。
【００１８】
推移金属のアルコキシド類は本発明には特に有用である。周期表の第３〜６族と第１３〜１４族金属は、本発明の組成物に望ましい金属である。好適な金属は、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｎであり、この中で最適な金属はＺｒとＴａである。遷移金属アルコキシドは、周期表上の遷移金属の位置によって、３〜６個のアルコキシド基あるいはオキソ基とアルコキシド基の混合物を持つであろう。好適なアルコキシド基は、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシドおよびフッ素化アルコキシドなどであり、炭素原子を２〜４個有する。最適な金属アルコキシドはジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）およびタンタルペンタエトキシドである。
【００１９】
本発明の組成物は、酸化物接着層２７を介して高分子基板１０に結合した付加的な材料を含んでいてもよい。こうした付加的な材料には、これに限定されないが、有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物などが含まれる。該付加的な材料の有用性は当業者に明白であろう。例えば、追加の有機材料は、バイオセンサ、遺伝子チップなどの製造に用いられ、金属は、半導体チップや柔軟な電子デバイスや回路などの製造に利用され得る。追加の有機金属材料は、担持触媒や合成試薬などの製造に用いられ、無機材料は、無電解金属堆積用の苗床や抗菌性被覆などの製造に利用され得る。
【００２０】
好適な追加有機材料、化合物または複合体には、金属酸化物あるいはアルコキシドと反応する十分に酸性の有機化合物に限定されず、カルボン酸化合物、ホスホン化合物、リン化合物、ホスフィン化合物、スルフィン化合物、スルホン化合物、ヒドロキサム化合物、核酸、高分子、タンパク質、有機酸などが含まれる。例えば図２では、該付加的な材料は、酸化物接着層２７と反応してオクタデシルホスホン酸塩として結合を形成する有機化合物のオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）である。
【００２１】
好適な追加金属材料、化合物あるいは複合体としては、これに限定されないが、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、ロジウム、プラチナおよびこれらの塩類が含まれる。図３では、銅が付加的な材料として例示されている。
【００２２】
好適な追加有機金属材料、化合物あるいは複合体には、これに限定されないが、酸化物、アルコキシド、水酸化物あるいは水酸基と反応する有機金属化合物が含まれる。例としてはこれに限定されないが、アルキル類、アルコキシド類、アミド類、置換アミド類や、ホスホン酸、カルボン酸、ホスフィン酸、ヒドロキサム酸およびスルホン酸などの酸性官能基を含む配位子を含有する複合体などが挙げられる。
【００２３】
好適な追加無機材料、化合物あるいは複合体には、誘電率の高い無機材料に限定されず、シラン類、シロキサン類、カルボン酸塩類、ホスホン酸塩類、アルケン類、アルキン類、ハロゲン化アルキル類、エポキシド類、カルボン酸エステル類、アミド類、ホスホン酸エステルおよびイミド類などが含まれる。
【００２４】
前記付加的な材料は、これに限定されないが、蒸着、スパッタ、浸漬堆積または抽出堆積など当業者に既知の技術で、酸化物接着層に導入されてもよい。一部の実施形態では、前記付加的な材料の堆積前に、酸化物接着層を完全加水分解または部分加水分解させることが望ましいかもしれない。一部の実施形態では、堆積した付加的な材料を加熱処理または電子レンジ処理にかけることが望ましいかもしれない。
【００２５】
接着層は、これに限定されないが、細胞誘引、細胞非接着および細胞死などの生物学的応答を引き出すために、生物学的用途の基板と共に用いられる材料を選択することによって機能化されてもよい。好適な材料には、単糖類、オリゴ糖類、多糖類、有機酸類、核酸類、タンパク質およびペプチド類が含まれる。
【００２６】
本発明による組成物およびデバイスは、これに限定されないが、ステント、置換心臓弁（弁葉、縫合カフ、オリフィス）、弁形成リング、ペースメーカ、ペースメーカ高分子メッシュバッグ、ペースメーカリード、ペーシングワイヤ、心臓内パッチ／綿撒糸、血管パッチ、代用血管、徐細動器および血管内カテーテルなどの心血管インプラント装置、これに限定されないが、不織布メッシュ、織布メッシュおよび発泡体、ステントおよび、骨、関節および脊柱移植などの組織足場装置、骨固定環、歯・顎顔面インプラントおよび骨伝導増加によって恩恵を受ける他の装置、これに限定されないが、シャントやコイルなどの神経外科装置やインプラント、これに限定されないが、導尿用カテーテル、シャントおよび血管パッチなどの一般的な外科装置とインプラントなどを含む種々の装置を形成あるいはこれに含まれてもよい。具体的には、こうした装置類は、接着層を機能化して骨伝導を増加させる本発明の１つの実施形態を含んでいてもよい。好適な材料／機能化領域の例としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（「ＰＥＥＫ」）、ナイロン、ポリエチレン類、ＰＥＴ、ポリウレタン類および絹などが挙げられる。
【００２７】
本発明の他のデバイスは、本明細書に記載され、また、少なくとも一部の領域が生物耐性のために機能化された酸化物接着層を含む組成物と材料を含む。ある実施形態では、酸化物接着層は、少なくとも１つのポリエチレングリコール結合（ペグ化）領域を含むように機能化されている。これについては以下の実験部分でさらに詳細に説明する。
【００２８】
この実施形態による組成物とデバイスには、これに限定されないが、インプラント診断装置、バイオセンサ、刺激装置、グルコースモニタ装置などの糖尿病インプラント、外部固定装置、外部固定インプラント、整形外科外傷インプラント、プレートやネジ、棒、プラグ、ケージ、足場、人工関節（例えば、手、手首、肘、肩、脊柱、腰、膝、足首など）、ワイヤなどの関節および脊髄障害／再生用インプラント、腫瘍に関連した骨と軟組織置換装置、歯および口頭／顎顔面装置、ステント、カテーテル、弁、リング、移植可能な徐細動器などの心血管インプラント、コンタクトレンズ、眼内インプラント、人工角膜、皮膚インプラント、整形インプラント、インプラント可能な薬剤供給ポンプ、およびこれに限定されないが、導尿用カテーテル、シャント、テープ、メッシュ、ロープ、ケーブル、ワイヤ、縫合糸、皮膚ステープル、火傷シートおよび血管パッチなどの一般外科装置とインプラント、および一時的／非永続的なインプラントなどの、整形外科医師、心臓血管医師、整形外科医、皮膚科医、一般医、顎顔面医、神経医に利用される分野に特有のすべての装置が含まれる。
【００２９】
別の実施形態では、該接着層は、以下でさらに詳細に説明するようなパターンまたはマイクロパターンで基板上に配置されてもよい。
【００３０】
別の実施形態では、該付加的な材料は、以下でさらに詳細に説明するようなパターンまたはマイクロパターンで接着層上に配置されてもよい。
【００３１】
接着層およびまたは付加的な材料は少なくとも２つの異なる機能化領域を含む。
【００３２】
本発明の組成物とデバイスの製造方法は、ａ）金属アルコキシドと高分子表面を接触させるステップと、ｂ）前記金属アルコキシドを、前記表面上に酸化物接着層を形成するための適切な条件にかけるステップと、を備える高分子表面の活性化ステップを含む。前記接触ステップは、これに限定されないが、蒸着や浸漬堆積などの当業者に既知の任意の好適な技術によって達成されてもよい。酸化物接着層の形成ステップは、前記金属アルコキシドを熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解あるいは部分加水分解の条件にかけることで達成されてもよい。加熱条件を用いる場合には、金属アルコキシドを約５０℃〜該高分子の融点の範囲まで加熱することが好ましい。
【００３３】
図１は、高分子表面を活性化する本発明の１つの実施形態の概略図である。高分子基板１０は、少なくとも該基板１０の表面を連続した金属アルコキシド薄層で被覆することにより、本発明の方法に従って機能化される。金属アルコキシドの分子は最初に、これに限定されないが、当分野で既知の蒸着や浸漬堆積などによって高分子分子の反応性近傍に運ばれる。極薄層が望ましい場合には、蒸着が好適である。堆積金属アルコキシド分子をその後、約５０℃〜該高分子の融点の範囲まで加熱して（高分子の融点以上に加熱してはならない）金属アルコキシドを熱分解する。個々の金属アルコキシド分子は熱分解中に互いに共有結合して、連続した金属酸化物接着層を形成する。図１ではテトラアルコキシドが示されているが、他の金属も違ったアルコキシド類を形成することは認識されるべきである。例えば、第３族と第１３族の遷移金属はトリアルコキシド類を形成し、第５族の遷移金属はペンタアルコキシド類または混合オキソアルコキシド類を形成し、第６族の遷移金属はヘキサアルコキシド類または混合オキソアルコキシド類を形成する。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、さらなるステップは、前記酸化物接着層を、有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物から選択される付加的な材料と反応させて、該付加的な材料を前記酸化物接着層を介して高分子表面に結合させるステップを含んでいてもよい。前記付加的な材料は、これに限定されないが、蒸着、スパッタ、浸漬堆積または抽出堆積などの当分野で利用される種々の方法を用いた前記酸化物接着層との反応により、添加されてもよい。本発明のある実施形態では、該材料は、酸化物接着層上に材料のパターンを設けるリソグラグィを用いて添加されてもよい。図４および図５は、本発明で用いられるリソグラフィプロセスを示している。高分子表面はフォトレジストで完全に被覆された後、マスクを介して紫外線暴露される。紫外線暴露された領域は現像されて除去され、後にはフォトレジスト開口部と高分子表面への微小領域アクセス部分が残る。これらの領域は金属酸化物接着層で機能化されている。その後、フォトレジストはアセトン中で溶解され、後には接着層を含む高分子表面の微小パターン化領域が残る。該パターン化領域は、有機化合物（図４）および金属種（図５）に対して優先的に反応する。
【００３５】
ある実施形態では、前記付加的な材料の堆積前に酸化物接着層を完全加水分解または部分加水分解して、金属原子上に残存する１つまたは複数のアルコキシド基を有する酸化物接着層を得てもよい。他の実施形態では、前記堆積した付加的な材料を加熱処理または電子レンジ処理して、金属原子上に残存する１つまたは複数のアルコキシド基を有する酸化物接着層を得る。
（実施例）
【００３６】
これ以上の説明がなくても、当業者であれば、前述の説明および以下の具体的な実施例を用いて、本発明の化合物と物品を製造・利用でき、クレームされた方法を実施できるものと考えられる。以下の実施例は本発明を例証するためのものである。本発明は、これらの実施例で説明する具体的な条件あるいは詳細に制限されないことは理解されるべきである。
（実施例１−高分子基板上のジルコニア薄膜の形成）
【００３７】
特に断りのない限り、試薬はすべてＡＬＤＲＩＣＨ社から入手し指示通りに使用した。ＰＥＴ、ＰＥＥＫおよびナイロン６／６は、Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ社から入手した。アセトニトリルはＣａＨ２上で乾燥させ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）はＫＯＨ上で一晩乾燥させた。両方とも使用前に蒸留した。表面改質サンプルを、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｏｐｔｉｃｓ社のＳＯＣ４０００ＳＨ鏡面反射率ヘッドアタッチメントを装備したＭｉｄａｃ社のＭ２５  １０Ｃ干渉計を用いて分析した。蛍光光度実験では、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の蛍光分光計を用いた。
【００３８】
高分子基板（ナイロン６／６、ＰＥＴまたはＰＥＥＫ）を、真空またはジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）蒸気のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバにセットした。このチャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒで１時間脱気し、高分子スライドをジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）蒸気に１時間暴露し（外部脱気しながら）、その後、外部脱気せずに５分間暴露した。このサイクルを２回繰り返し、その後、加熱テープをこのチャンバに貼ってチャンバ内の温度を６０℃に上げ５分間維持した（外部脱気せずに）。その後チャンバを冷却し、圧力１０−３ｔｏｒｒで１時間脱気して余分なジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）を確実に除去し、表面活性化高分子を得た（図１参照、ここで、Ｍ＝Ｚｒ、Ｒ＝ｔｅｒｔ‐ブチル）。ＡＦＭ断面分析から、ジルコニア膜は薄いことがわかった。ＩＲ分析から、一部のｔｅｒ−ブトキシ基が堆積した熱分解膜に残っていることがわかる。
【００３９】
以下の高分子および樹脂を用いたジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）でさらに実験を行い良好な結果を得た。ポリイミドＫａｐｔｏｎ（登録商標）、ポリラクチド−ｃｏ−グリコール酸塩（ＰＬＧＡ）、ポリ−３−ヒドロキシ酪酸塩−ｃｏ−吉草酸塩（ＰＨＢＣＶ）、ゴアテックスおよびアラミド。他の高分子でも同様な処理を行えば同様な結果が得られるものと考えられる。
【００４０】
（実施例２−ホスホン酸と活性化高分子との反応）
実施例１で製造した活性化高分子をオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）のＴＨＦ溶液０．１ｍＭ中に１時間入れて、ホスホン酸塩結合高分子表面を得た（図２参照、ここで、Ｍ＝Ｚｒ、Ｒ＝ｔｅｒｔ−ブチル）。ホスホン酸塩誘導体化表面は、生物分野あるいは他の分野の分子の結合には効果的である。
【００４１】
（実施例３−活性化表面の金属化）
実施例１で製造した活性化高分子を、酸化ジルコニウム接着層上に吸収させた銅塩の水溶液で処理した。水素化ホウ素ナトリウムまたはアミンボランのいずれかで処理して、銅被覆高分子を得た（図３参照、ここで、Ｍ＝Ｚｒ、Ｒ＝ｔｅｒｔ−ブチル）。電子分散Ｘ線による分析により、銅とジルコニウムの両方が存在することがわかった。
【００４２】
（実施例２ａ―カルボン酸と活性化高分子との反応）
実施例１で製造した活性化ＰＬＧＡ高分子を、マレイミドプロピオン酸のエタノール溶液０．１ｍＭ中に３０分間入れて、マレイミドカルボン酸塩結合高分子表面２９を得た（図１０参照、ここで、Ｍ＝Ｚｒ）。この誘導体化表面は、生物分野または他の分野の分子の結合には効果的である（３０ａ、３０ｂ）。
【００４３】
（実施例３−活性化高分子の金属化）
実施例１のように製造したポリイミド、アラミドおよびＧｏｒｅｔｅｘ合成物の活性化高分子を、酸化ジルコニウム接着層上に吸収させた銅塩水溶液で処理した。水素化ホウ素ナトリウムまたはアミンボランのいずれかで処理して、銅被覆高分子を得た（図３参照、ここで、Ｍ＝Ｚｒ、Ｒ＝ｔｅｒｔ−ブチル）。電子分散Ｘ線による分析により、銅とジルコニウムの両方が存在することがわかった。同様に、硝酸銀を用いて活性化ＰＥＴ上に金属銀を堆積させた。
他の高分子でも同様な処理を行えば、同様な還元剤を用いた他の金属塩を用いた場合と同様な結果が得られるものと考えられる。
【００４４】
（実施例３ａ−銅の無電解めっき）
実施例３で説明したように、最初にジルコニウムベースの接着層で、次に硫酸銅で、次にジエチルアミンボランで処理したＫａｐｔｏｎのサンプルを、窒素雰囲気下の６０℃銅めっき浴に入れた。この浴は、０．１Ｍのクエン酸三ナトリウム二水和物、１．２Ｍのエチレンジアミン、０．１Ｍの硫酸銅水和物、０．０３Ｍの硫酸第一鉄水和物、６．４×１０−４Ｍの２，２−ジピリジン、１．２ＭのＮａＣｌおよび十分な硫酸とで構成され、ｐＨは６であった。少量のＰＥＧ２００（２．５ｍｇ）を５０ｍｌの浴に添加した。
【００４５】
（実験）
（実験１）
ここで用いた技術および材料の詳細は実験セクションに記載されている。
【００４６】
（高分子表面上の金属酸化物／アルコキシド接着層の形成）
固体のポリエチレンテレフフタレート（ＰＥＴ）およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（以下に示す）の表面誘導体化を以下のように行った。
【００４７】
【化１】
2011500216.tif 000003
高分子膜（厚さ０．５ｍｍ）をジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）（１）あるいはチタンテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）（２）の蒸気で処理し、その後緩やかに７５℃まで加熱した。加熱後、サンプルを乾燥ＴＨＦ（ＰＥＴに対して）またはアセトニトリル（ＰＥＥＫに対して）中で１分間超音波処理した。高分子表面結合アルコキシド／酸化物接着層（２７）のＩＲスペクトルから、νＣ−Ｈ＝２９７６ｃｍ−１であり、ｔｅｒｔ−ブトキシド基であることがわかった。その当初の静水接触角は９０°であったが、水に一晩接触させるとｔｅｒｔ−ブトキシ配位子の加水分解によって３５°に減少した（図６）。
【００４８】
図７では、接着層２７−被覆高分子膜を、凝集−成長による結合（Ｔ−ＢＡＧ）方法（Ｈａｎｓｏｎ，Ｅ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．；Ｎｉｃｋｅｌ，Ｂ．：Ｋｏｃｈ，Ｎ．；Ｄａｎｉｓｈｍａｎ，Ｍ．Ｆ．Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ，Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００３，１２５，１６０７４−１６０８０（１６０７６ページ第１欄２１−４０行目）参照、参照により本明細書に援用される）によりオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）で処理し，水接触角が９５°の表面２８を得た（スキーム５−２）。２８のＩＲ分析では、乱れたアルキル鎖に特有の脂肪族領域におけるピーク（νＣＨ２，ａｓｙｍ＝２９２０ｃｍ−１；νＣＨ２，ｓｙｍ＝２８４９ｃｍ−１）を示した。Ｇａｗａｌｔ，Ｅ．Ｓ．；Ｋｏｃｈ，Ｎ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ｂｎｄｉｎｇ  ｏｆ  Ａｌｋａｎｅｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｎａｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｏｆ  Ｔｉｔａｎｕｍ、ｌａｎｇｍｕｉｒ２００１，１７，５７３６−５７３８（５７３６ページ第２欄１〜２３行目）を参照のこと。本引例は参照により本明細書に援用される。脱イオン水に２４時間浸漬しエタノール中で３０分間超音波処理した後のオクタデシルホスホン酸塩−被覆ＰＥＴ（２８）のＸ線光電子分光法は、特有のＺｒ（３ｄ）およびＰ（２ｐ）結合を示し（図８Ａ、図８Ｂ）ており、Ｚｒ：Ｐの全体的な比率が２：１以上であることを示唆した。この比率は、Ｚｒ接着層が二分子層（２７）として堆積し、最上の層だけがオクタデシルホスホン酸塩と反応している（２８）というモデルと一致する。
【００４９】
前記被覆ＰＥＴを物理的に苛酷な条件で曲げて表面をＫｉｍｗｉｐｅ（登録商標）で摩耗した。図９Ａおよび図９Ｂはでは、２８のＡＦＭ分析により、膜深さが、接着層とＯＤＰＡとしては合理的な３〜４ｎｍ高さであり、ＯＤＰＡは、２７が１〜２ｎｍ厚みであることを示唆する約２ｎｍ厚みの膜を形成していることが示された。この結果はＸＰＳ結果と一致する。
【００５０】
１の堆積・加熱時間と接着層厚みとの関係を水晶振動子微量重量測定（ＱＣＭ）により調査した。ＰＥＴとＰＥＥＫのサンプルと共に、シリコンＱＣＭ水晶を堆積チャンバにセットした。堆積・加熱後の水晶の周波数変化は、ソルベリー式（Ｓａｕｅｒｂｒｅｙ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）（３）の関係で水晶上に堆積した接着層の質量に関連していた。式中、μｑは、水晶のせん断弾性率（２．９４７×１０１１ｇ／ｃｍ?ｓ２）、ρｑは水晶の密度（２．６４８ｇ／ｃｍ３）である。
2011500216.tif 000004
【００５１】
堆積・加熱時間が長ければ（１時間）、約８ｎｍの表面層ができ、暴露が短ければ（５分間）、その厚みは約１ｎｍ（およそ２つの単分子層）であることがわかった。層厚みは、接着層がジルコニアと同様に形成されると仮定して推定した。これを受けて、ＱＣＭ水晶上の２７の測定した大気中面密度（ｎｇ／ｃｍ２単位）と既知のジルコニア密度（５．８９×１０９ｎｇ／ｃｍ３）との商として厚さを求めた（表１）。
【００５２】
【表１】
2011500216.tif 000005
【００５３】
（有機物の接着層を介した高分子への結合）
ＰＥＴとＰＥＥＫの表面上への接着層２７の堆積によりこれらが活性化されて、カルボン酸、ホスホン酸およびシランと反応するようになり、これによって、表面の濡れ特性を精密に制御でき、ＲＧＤあるいは他の細胞接着性分子を高収率に付着させることができる。図１０では、効率的にＲＧＤを拘束するために、２７で被覆した高分子を、３−マレイミドプロピオン酸のアセトニトリル乾燥溶液中に直ちに入れて、ＲＧＤＣのマイケル付加に活性な２９を得た。
【００５４】
ＰＥＥＫとＰＥＴの表面に効率的に結合したシランを２７で誘導体化した。２７−被覆の高分子膜を脱イオン水中に１時間浸漬（残存するｔｅｒｔ−ブトキシ配位子を加水分解するため）し、ブロー乾燥させた後、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）のアセトニトリル０．１ｍＭ溶液に１時間浸漬した。堆積したシラン膜を脱イオン水中に５分間浸漬して架橋化し、その後、エタノール中で１５分間超音波処理を行って清浄化し、３１を得た。赤外線スペクトル（νＣＨ２，ａｓｙｍ＝２９１８ｃｍ−１；νＣＨ２，ｓｙｍ＝２８４８ｃｍ−１）からアルキル鎖が乱れており、接触角分析から、表面の疎水性が上昇（Θ＝９５°対８０°（ＰＥＴ）および６０°（ＰＥＥＫ））したことがわかった。
【００５５】
接着層２７の厚みと、サンプル表面に結合したＯＤＰＡあるいはＯＴＳの量との関係をＱＣＭにより調べた。２〜１６個の単層を有する接着層２７の層をシリコン−被覆ＱＣＭ水晶上に堆積した。上記の通り、該層を加水分解した後、ＯＤＰＡまたはＯＴＳと反応させた。水晶はメタノールでしっかりすすぎ、その周波数を書き留めた。興味深いことには、ＯＴＳまたはＯＤＰＡの被覆（水晶表面粗さ；Ｒｆ＝１．３に対して修正）（Ｃａｒｏｌｕｓ，Ｍ．；Ｂｅｒｎａｓｅｋ，Ｓ．Ｌ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  ，２１，４２３６−４２３９（４２３７ページ第１欄２９〜５７行目）参照、本引例は参照により本明細書に援用される）は、２７の厚みとは独立であるように見える（表２）。これは、２７の最上層だけが有機官能基に対して反応することを示している。
【００５６】
【表２】
2011500216.tif 000006
【００５７】
ＰＥＴおよびＰＥＥＫと結合する有機物の表面導入量は、３０ａを介したダンシルシステインとの反応によって決まり３０ｂを生成する。蛍光的に標識化された高分子を、Ｄｅｎｎｅｓ，Ｔ．Ｊ．；Ｈｕｎｔ，Ｇ．Ｃ．；Ｓｃｈｗａｒｚｂａｕｅｒ，Ｊ．Ｅ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｈｉｇｈ−Ｙｉｅｌｄ  Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｃａｆｆｏｌｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｔｏ  Ａｔｔａｃｈ  Ｃｅｌｌ  Ａｄｅｈｓｉｏｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００７，１２９，９３−９７（９４ページスキーム１および２の下、第２欄２５〜３４行目；９５ページ、スキーム３下、第１欄１〜２０行目；９７ページ、第１欄１〜１５行目および第２欄１〜３行目）、およびＤａｎａｈｙ，Ｍ．Ｐ．；Ａｖａｌｔｒｏｎｉ，Ｍ．Ｊ．；Ｍｉｄｗｏｏｄ，Ｋ．Ｓ．；Ｓｃｈｗａｒｚｂａｕｅｒ，  Ｊ．Ｅ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｏｆ  α，ω−Ｄｉｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ｏｎ  Ｔｉ  Ｅｎａｂｌｅ  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｏｒ  Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｚａｔｉｏｎ、Ｌｎａｇｍｕｉｒ２００４，２０，５３３３−５３３７（５３３５ページスキーム３下、第１欄１〜１５行目）に記載される技術を用いた蛍光分光法によりモニターして、水性条件における３０の安定性を測定し、また該高分子表面に結合した材料の量を計測した。これらの引例は参照により本明細書に援用される。合成した残基を最初に除去して後７日間は、３０ｂで被覆したＰＥＴとＰＥＥＫから蛍光体は脱着しなかった。３０ｂをｐＨ１２．５の水溶液で処理して高分子表面から劈開すると、ＰＥＴとＰＥＥＫの両方の表面で９０ｐｍｏｌ／ｃｍ２が計測され、接着層２７のサブ単分子層被覆が示唆された。
【００５８】
図１１Ａ〜図１１Ｄでは、骨芽細胞を用いた試験管実験を行って、機能体化したＰＥＥＫ３０ａと、上記で参照したＴ−ＢＡＧ法を用いて１，１２−ドデシルビスホスホンさんを２７上に堆積して調製したＰＥＥＫ−Ｃ１２ＢＰ上への骨芽細胞の接着性を評価した。図１１ＡはＲＧＤ−改質ＰＥＥＫ（３０ａ）上の細胞を示し、図１１ＢはＣ１２ＢＰ−改質ＰＥＥＫを示し、図１１Ｃは抗ビンキュリン抗体とフルオレセイン−共役二次抗体で固定化・染色されて３時間後のＰＥＥＫ表面制御を示す。棒目盛は５０μｍである。図１１Ｄは、未処理ＰＥＥＫ、ＲＧＤ−誘導体化ＰＥＥＫおよびＣ１２ＢＰ−誘導体化ＰＥＥＫに対して、１０倍顕微鏡視野当たりの細胞数を示す。少なくとも３つの視野における平均細胞数を、?１の標準偏差を表わす誤差棒と共に示す。３０ａおよびＰＥＥＫ−Ｃ１２ＢＰの両方共、ＰＥＥＫコントロールに対して、３時間後の骨芽細胞吸着は増加する（それぞれ、ｐ＝２．３×１０−４および６．３×１０−４）ことを示しており、中でも３０ａは、ＰＥＥＫコントロール（図１１Ｃ）と比較して拡大した有意に多くの骨芽細胞を支持していた。
【００５９】
（接着層界面のせん断強度試験）
せん断力に対する界面抵抗性を評価することによって、被覆の機械的安定性と移植用途における有用性の決定に役立ち得る。整形外科移植技術における現在の基準では、界面せん断強度が約１０ＭＰａのヒドロキシアパタイト被覆が用いられている。Ｓｉｖｅｒｍａｎ，Ｂ．Ｍ．；Ｗｉｅｇｈａｕｓ，Ｋ．Ａ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，  Ｊ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｓｉｌｏｘａｎｅ対Ｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  ａ  Ｋｅｙ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ａｌｌｏｙ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ２００５，２１，２２５−２２８（２２７ページ表１下、第１欄１〜１６行目）、およびＳｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．；Ａｖａｌｔｒｏｎｉ，Ｍ．；Ｄａｎａｈｙ，Ｍ．Ｃｅｌｌ  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｏｎ  ｍｅｔａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃ２００２，２３，３９５−４００（３９８ページ第２欄１〜９行目；３９９ページ第１欄１〜６行目）参照のこと。本引例は参照により本明細書に援用される。ＰＥＥＫの上の接着層２７の最適化されていない界面せん断強度を求めるために、以前に報告されたせん断強度試験（Ｓｉｌｖｅｒｍａｎら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ２００５，２１，２２５−２２８）の改良版試験方法を開発した。切り取り片を接着層２７で被覆してＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ切り取り片に接着した。破断するまで、接着された切り取り片上の界面に平行にせん断力を作用させた。これらの試験で、接着層２７が破壊する前の界面のせんだん強度は７．８?０．２ＭＰａであり、一方、ＰＥＥＫコントロールのそれは３．０±０．２ＭＰａであった。
【００６０】
このように、ＰＥＥＫとＰＥＴの表面上で生成したナノスケールの金属酸化物／アルコキシド接着層２７は、これらの高分子のさらなる有機化学的改質には効果的である。シラン、カルボン酸およびホスホン酸は、接着層２７を介して容易にＰＥＴとＰＥＥＫに固定でき、これによって、その表面の濡れ特性を総合的に制御できる。このアプローチは、細胞誘引性のペプチドＲＧＤをＰＥＥＫの表面に高収率（９０ｐｍｏｌ／ｃｍ２あるいは２０％表面被覆）で拘束することによって説明される。接着層２７を介してＰＥＥＫ膜にＲＧＤを固定することは、骨芽細胞の付着の増加とその表面での拡大に効果的であることがわかった。さらに、Ｃ１２ＢＰで誘導体化されたＰＥＥＫ表面は細胞付着を増加させることが示された。この活性化プロセスは、金属錯体の表面基への配位を含むために、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリイミド類およびポリ−チオフェン類などの基を含有するその他高分子にも広範に適用できる。
【００６１】
（実験セクション）
（概要）
特に断りのない限り、試薬はすべてＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ社から入手し指示通りに使用した。Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｏｐｔｉｃｓ社の鏡面反射率アタッチメントを装備したＭｉｄａｃ社の型式２５１０分光計を用いてＩＲスペクトルを収集した。蛍光光度測定では、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の蛍光分光計を利用した。タッピングモードのシリコンチップ（Ｎａｎｏｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｐｒｏｂｅｓ社、共鳴周波数３００ｋＨｚ、ばね定数４０Ｎ／ｍ）を装備したＤｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＭｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＩＩａ  ＳＰＭを用いて膜のＡＦＭ分析を行った。水晶振動子微量天秤（ＱＣＭ）測定は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社の標準（時計）発振器型式３５３６０、と、１０ＭＨｚのＳｉＯ２／Ｓｉ被覆（１０００ÅＳｉ／１００ÅＣｒ／１０００ÅＡｕ下塗り）電極を装備したＡＴ−カット水晶振動子（ＩＣＭ）を用いて行った。内殻準位ＸＰＳピークの曲線当てはめを、Ｇａｕｓｓｉａｎ−Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ社の製品機能と非線形Ｓｈｉｒｌｅｙバックグラウンド除去法を備えたソフトウェアＣａｓａＸＰＳを用いて行った。ＳＰＥＣＳデータベースからの標準原子の光イオン化断面積値を用いて表面組成物の定量を行った。Ｄｕｂｅｙ，Ｍ．；Ｇｏｕｚｍａｎ，Ｉ．；Ｂｅｒｎａｓｅｋ，Ｓ．Ｌ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｌｍｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｉｎ  Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ２００６，２３．４６４９−４６５３（４６５０ページ第１欄４１〜５５行目）。
【００６２】
（金属酸化物／アルコキシド接着層）
ＰＥＴとＰＥＥＫの切り取り片、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ社）およびＱＣＭ水晶を、真空あるいはジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）（１）またはチタンテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）（２）の蒸気のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバにセットした。このチャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒまで３０分間脱気し、高分子膜を蒸気１または２に３０秒間暴露し（外部脱気しながら）、その後、外部脱気せずに５分間暴露した。この時点で金属アルコキシドの栓を閉め、加熱テープを貼ってサンプルを５分間７５℃まで加熱し、その後室温まで冷却した。その後、チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気し、余分な蒸気１または２を確実に除去して表面活性化高分子を得た。ＱＣＭ水晶をＴＨＦとメタノールですすいだが、その測定した周波数変化は、堆積したアルコキシド複合体の量を表していた。上記の方法により約１ｎｍ厚み、すなわち２単分子層の接着層が得られる。暴露と加熱時間を長くするとより厚い層が得られる（表１）。
【００６３】
（表面の金属−カルボン酸複合体の形成）
金属酸化物／アルコキシド接着層で活性化された高分子表面を、３−マレイミドプロピオン酸のアセトニトリル乾燥溶液（０．１ｍＭ）に１時間浸漬してマレイミド誘導体化表面を生成するか、あるいは、ダンシルシステインすなわちフルオレセインの０．１ｍＭ溶液に１時間浸漬して蛍光色素分子誘導体化表面を生成した。
【００６４】
（高分子表面のシラン化）
金属酸化物／アルコキシド接着層を堆積後、高分子を脱イオン水に１時間浸漬して、残存するｔｅｒｔ−ブトキシド配位子をすべて加水分解した。加水分解した表面を減圧下で乾燥後、３−アミノプロピルトリエトキシシランあるいはオクタデシルトリクロロシランのアセトニトリル乾燥溶液０．１ｍＭに１時間浸漬した。架橋化のために、アセトニトリル／水の７５／２５（体積比）溶液にシラン膜を１５分間浸漬後、最初にアセトニトリル中で１５分間、次にエタノール中で１５分間超音波処理した。
【００６５】
（高分子表面上のホスホン酸塩単分子層の構成）
接着層２７で誘導体化された高分子表面を水中で一晩加水分解し、エタノール中で５分間超音波処理した後、上記のＴ−ＢＡＧ法により機能化した。簡潔に言えば、０．１ｍＭのホスホン酸溶液（１１−ヒドロキシウンデシルホスホン酸またはオクタデシルホスホン酸のＴＨＦ溶液、あるいは１，１２−ドデシルビスホスホン酸のＴＨＦ／メタノール９５／５（体積比）溶液）に高分子サンプルを懸濁した。溶剤を３〜５時間で蒸発させた後、サンプルを１２０℃（Ｔｇ未満）で２４時間ベークした。該サンプルをエタノール中で１５分間超音波処理してホスホン酸塩単分子層を得た。ＴＨＦをＰＥＥＫに対する溶剤として使用することは避けるべきであり、代わりにメタノールを使用する。
【００６６】
（加水分解安定性と表面導入量の決定）
ダンシル化された高分子膜をｐＨ７．５の水溶液に３日間浸漬し、高分子表面からのダンシルの逸失を蛍光分光法でモニターした。水溶液（ｐＨ１２．５）中に３時間浸漬させて残存するダンシル分子の開裂により表面導入量を求めた。
【００６７】
（水晶振動子微量重量測定による水晶粗さ係数（Ｒｆ）の決定）
改良Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）実験により表面粗さを測定した。Ｃａｒｏｌｕｓ，Ｍ．Ｄ．；Ｂｅｒｎａｓｅｋ，Ｓ．Ｌ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  Ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ２００５，２１，４２３６−４２３９（４２３７ページ第１欄２９〜５７行目）参照。本引例は参照により本明細書に援用される。ＩＣＭ社の発振器を用いて、共鳴周波数をＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ社の５２００シリーズ周波数カウンタでモニターしているシリコンＱＣＭ水晶を駆動した．各ＱＣＭ水晶はメタノールですすいでＮ２流中でブロー乾燥させ、電気配線用のポートを備えた真空チャンバに取り付けた。真空チャンバ内の圧力を１ｔｏｒｒ未満に減圧して、ＱＣＭ水晶の周波数を安定化させた。次に、真空チャンバを真空から分離し、室温の水浴中に保持したテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を含有するバイアル瓶を入れた。ＴＭＳ（蒸気圧＝６３０ｔｏｒｒ）を真空チャンバに充填した後再脱気し、周波数読み値を１０ｔｏｒｒ増加毎に記録しながらＴＭＳを再び充填した。ＴＭＳ圧力０〜６３０ｔｏｒｒの範囲で水晶の周波数をプロットすることにより、吸着等温線を得た。粗さ係数を以下の方法で求めた。χ／Δｆ（１−χ）対χをプロットした。ここで、χはＴＭＳのいた、に対して、どこで、０．０５のために、ＴＭＳの分圧であり、その範囲は０．０５＜χ＜０．３５である。このプロットの直線当てはめにより傾きと切片が得られ、無次元定数Ｃ（４）と、単分子層被覆における周波数変化が求められる（ｆｍ（５））。ＴＭＳの分子「足跡」を４０Å２とすると、単分子層被覆に対する領域に外装され得る単分子層被覆で吸収されたプローブ分子の質量は、ソルベリー式（Ｓａｕｅｒｂｒｅｙ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）（３）により求められる。単分子層誘導領域とＱＣＭ水晶の名目上の領域との商として、粗さ係数を求めた。
Ｃ＝１＋傾き／切片  （４）
ｆｍ＝１／［Ｃ（切片）］  （５）
（インビトロでの細胞反応）
ＰＥＥＫ表面に対する骨芽細胞の応答をインビトロで評価した。グルタミン、ペニシリン／ストレプトマイシン、Ｇ４１８および１０％子牛血清（Ｈｙｃｌｏｎｅ社）を備えたＤＭＥＭ中で維持した骨芽細胞を０．１ｍｇ／ｍＬのトリプシンＬＥエキスプレス（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社）を用いてＴＣＰＳプレートから除去し、前記のように調製した。Ｄａｎａｈｙ，Ｍ．Ｐ．；Ａｖａｌｔｒｏｎｉ，Ｍ．Ｊ．；Ｍｉｄｗｏｏｄ，Ｋ．Ｓ．；Ｓｃｈｗａｒｚｂａｕｅｒ，Ｊ．Ｅ．；Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｊ．Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｏｆ  α，ω−Ｄｉｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ｏｎ  Ｔｉ  Ｅｎａｂｌｅ  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｏｒ  Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｚａｔｉｏｎ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００４，２０，５３３３−５３３７（５３３５ページスキーム３下、第１欄１６〜３３行目）参照。細胞（無血清培地１ｍＬ当たり細胞数１．０×１０５個）を、ＰＥＥＫサンプルを含む２４穴組織培養プレートに添加し、３４℃で培養した。９０分後、培地を新鮮な無血清培地ＤＭＥＭで置換した。３時間で、細胞を固定化・透過処理し、抗ビンキュリン抗体（Ｓｉｇｍａ社）で、その後、第２フルオレセインヤギ抗マウス抗体で染色した。以前に記述されたように、イメージが得られた。前述の方法で像を得た。Ｍｉｄｗｏｏｄ，Ｋ．Ｓ．；Ｓｃｈｗａｒｚｂａｕｅｒ，Ｊ．Ｔｅｎａｓｃｉｎ−Ｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｓ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ  ｖｉａ  Ｆｏｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｋｉｎａｓｅ−ａｎｄ  Ｒｈｏ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ  Ｐａｔｈｗａｙｓ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｃｅｌｌ２００２，１３，３６０１（３６０２ページ第２欄５〜５７行目）参照。少なくとも３顕微鏡視野における付着細胞数をカウントして細胞接着数を定量した。
【００６８】
（せん断強度試験）
ＰＥＥＫ切り取り片（Ｇｏｏｆｅｌｌｌｏｗ社）を１．１２５インチ×０．５インチ大きさに切断した。これらのＰＥＥＫ切り取り片を２２０〜４００グリットＳｉＣペーパで平滑になるまで研磨し、エタノール中で１５分間超音波処理した後、表面を接着層２７で機能化した。接着層被覆表面を水中で５分間加水分解し、エタノール中で１５分間超音波処理した後、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ切り取り片を清浄にするために、万力中の切り取り片間に投入された１．５ｃｍ２片のＣｙｔｅｃ  ＦＩＢＥＲＩＴＥ社のＦＭ１０００エポキシを用いて接続した。オーブンの温度を２５℃から１７０℃まで２℃／分の割合で上げ、１７０℃で９０分間維持して該サンプルを加熱養生した。Ｉｎｓｔｒｏｎ社の荷重試験機（型式１３３１）に取り付けたステンレス製ホールダに接続した切り取り片をセットし、１００μｍ／秒で引張りながら、破断時の最大せん断応力点をコンピュータインタフェースで記録した。
【００６９】
（実験２）
（ＰＥＴおよびＰＥＥＫ上のパターン酸化ジルコニウム／アルコキシド接着層）
また、高分子上の金属酸化物／アルコキシド接着層の堆積は、フォトリソグラフィによる空間制御に適している。金属アルコキシド前駆体の初期の化学蒸着法によって、基板の空間暴露を正確に制御できる。このことを明示するために、図１２では、ＰＥＴおよびＰＥＥＫのサンプルを、下記実験セクションで詳細に説明するように、フォトレジストでパターン化し、ジルコニウムテトラ（ｔｅｒｔ−ブトキシド）（１）の蒸気で処理した。該サンプルを加熱して酸化ジルコニウム／アルコキシド接着層２７のパターン化された領域を生成し、３−マレイミドプロピオン酸（ＲＧＤＣカップリングに反応する表面が得られる）またはフルオレセイン（蛍光顕微鏡撮影用のサンプルを生成する）と反応させた。該サンプルをアセトン中で超音波処理して残存するフォトレジストを除去し、３３および３４を得た。図１２Ａおよび図１２Ｂでは、２×２μｍほどの小さなパターン化された外観が３３の蛍光顕微鏡撮影で観察された。これはセル形状を制御するには恐らく十分な分解能である。
【００７０】
２つの種をＰＥＴおよびＰＥＥＫの表面でパターン化する反応スキームを考案した。ＰＥＴおよびＰＥＥＫの清浄なサンプルを蒸気１に暴露・加熱して接着層２７で全体的に被覆し、これを水中で５分間加水分解した。次に、該高分子をフォトリソグラフィでパターン化し、再度蒸気１に暴露・加熱して接着層２７のパターン化された領域を得た。これを３−マレイミドプロピオン酸（ＲＧＤＣ結合部位を生成）あるいはフルオレセイン（蛍光顕微鏡撮影用）と直ちに反応させた。次に、該サンプルをアセトン中で超音波処理して残存するフォトレジストを除去し、Ｔ−ＢＡＧ法によりＨＵＰＡで誘導体化した後、ＰＥＧ−ＳＳ（細胞接着用のバックグラウンドを非活性化）あるいは５（６）−カルボキシ−Ｘ−ローダミンＮ−スクシンイミジルエステル（蛍光顕微鏡撮影用）と反応させた。図１３では、蛍光標識化されたサンプルから、フルオレセインが活性化領域で結合しローダミンがバックグラウンド領域で結合しており、該反応スキームは成功したことが示された。
【００７１】
（パターン化基板に対する細胞応答の評価）
３２−誘導体化ナイロン６／６および３４−誘導体化ＰＥＴに対するＮＩＨ３Ｔ３細胞の応答をインビトロで観察した。図１４Ａ〜図１４Ｃでは、細胞は、３時間以内に３２のＲＧＤパターン化領域に優先的に付着し、ビンキュリンで染色すると焦点性の付着が見られた。ナイロン６／６（図１４Ａ、図１４Ｂ）およびＰＥＴ（図１４Ｃ）のＲＧＤ島に接種された細胞が示されている。ビンキュリン含有の焦点性付着部の細胞を染色（図１４Ａ、図１４Ｂ）し、Ｃｅｌｌ  Ｔｒａｃｋｅｒ  Ｇｒｅｅｎ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社）で標識化した。図１４Ｃの円はパターン境界を示す。細胞は、正方形のＲＧＤ「島」内部に集り、それを満たすように広がった。３４では、細胞をＣｅｌｌ  Ｔｒａｃｋｅｒ  Ｇｒｅｅｎ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社）で標識化し、３時間付着・広がらせた。細胞は優先的に付着し、円形のＲＧＤ島内部で広がった。
【００７２】
このように、伝統的なフォトリソグラフィとジルコニウムアルコキシドの化学蒸着を組み合わせることによって、ナイロン６／６、ＰＥＴおよびＰＥＥＫの空間制御誘導体化が可能となった。蛍光顕微鏡法により、化学反応の所定のパターンへの適合およびパターン化高分子上のインビトロでの細胞応答が実現でき、細胞吸着の空間制御と高分子基板上での広がりとが可能となった。二重にパターン化された基板であれば、パターン化高分子表面の能力をさらに向上させて細胞付着と形態を総体的に制御できるものと考えられる。
【００７３】
（実験セクション）
（概要）
特に断わりのない限り、化学薬品はすべてＡｌｄｒｉｃｈ社から入手した。アセトニトリルとＴＨＦはそれぞれＣａＨ２とＫＯＨ上で乾燥させ、使用前に蒸留した。ニコン社のＯｐｔｉｐｈｏｔ−２ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（Ｇａｒｄｅｎ  Ｃｉｔｙ，ＮＹ）を用いて蛍光顕微鏡像を得、Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＣｏｏｌｓｎａｐ  Ｃａｍｅｒａ（Ｔｕｓｃｏｎ，ＡＺ）を用いて該像を撮影し、ＩＰ  ｌａｂ  ｓｏｆｔｗａｒｅを用いて分析した。
（フォトリソグラフィ）
【００７４】
使用前に、ナイロン６／６、ＰＥＴ、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミドおよびＰＥＥＫ（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ）の膜をエタノール中で１５分間超音波処理し、Ｎ２流中でブロー乾燥した。表面機能化を空間制御するために、ＡＺ（登録商標）５２１４−Ｅ  フォトレジスト２滴で、該高分子膜を４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートした。該サンプルを９５℃で４５秒間アニールし、９５０ｍＷ／ｃｍ２で５分間ＵＶ（３６５ｎｍ）暴露した。ＡＺ（登録商標）３１２ＭＩＦ現像液と水との５０／５０（容積比）溶液中で該サンプルを現像し脱イオン水ですすいだ後、Ｎ２流中でブロー乾燥させ、圧力１０−３ｔｏｒｒで１時間蒸発させた。
【００７５】
（Ｚｒ−アミドの空間制御形成）
真空または蒸気１のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバに光パターン化されたナイロン６／６をセットした。チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒまで３０分間脱気して高分子膜を蒸気１に３０秒間暴露し（外部脱気しながら）、その後、外部撤退なしで５分間暴露した。このサイクルを２度繰り返した後、チャンバを１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気して蒸気１を確実に除去し、表面がアミド化された複合体を得た。
【００７６】
（金属酸化物／アルコキシド接着層の空間制御形成）
光パターン化されたＰＥＴ、ＰＥＥＫおよびＫａｐｔｏｎ（デュポン社の登録商標）ポリイミド膜（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ社から入手）を、真空または蒸気１のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバにセットした。チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気し、高分子膜を蒸気１に３０秒間暴露し（外部脱気をしながら）、その後、外部脱気なしで５分間暴露した。この時点で、金属アルコキシド用の栓を閉めて加熱テープを貼り、サンプルを７５℃で５分間加熱後、室温まで冷却した。チャンバを１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気して余分な蒸気１を確実に除去して表面活性化高分子を得た。上記の方法により、約１ｎｍ厚みの接着層が得られる。暴露時間と加熱時間を長くすれば、より厚い層が得られる。
【００７７】
（蛍光色素分子の誘導体化）
フルオレセインのアセトニトリル乾燥０．１ｍＭ溶液にパターン化されたサンプルを１時間浸漬後取り出し、アセトン中ですすぎ・超音波処理して残存する蛍光色素分子を除去した。エタノール中で１５分間超音波処理し、その後Ｎ２流中で乾燥させて、フルオレセイン顕微鏡で撮影されるフルオレセインパターン化高分子を得た。
【００７８】
（ＲＧＤ誘導体化）
３−マレイミドプロピオン酸の乾燥０．１ｍＭ溶液中にパターン化されたサンプルを１時間浸漬し、アセトン中で超音波処理して残存するフォトレジストを除去した。エタノール中で１５分間超音波処理した後、ＮａＯＨ水溶液でｐＨ６．５に調整したＲＧＤＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｐｔｉｄｅ社）の０．１ｍＭ水溶液中に該サンプルを入れた。サンプルを脱イオン水に３０分間浸漬しＮ２流中でブロー乾燥後、組織培養研究用に保管した。
【００７９】
（ナイロン６／６上の二重にパターン化されたＲＧＤおよびＰＥＧの誘導体化）
３−マレイミドプロピオン酸の乾燥０．１ｍＭ溶液にＺｒ−複合体のパターン化されたサンプルを１時間浸漬し、アセトン中で超音波処理して残存するフォトレジストを除去した。エタノール中で１５分間超音波処理後、該サンプルをＮ２でブロー乾燥させ、真空あるいは蒸気１のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバにセットした。チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒまで３０分間脱気後、高分子膜を蒸気１に３０秒間暴露し（外部脱気しながら）、その後外部脱気なしで５分間暴露した。このサイクルを２度繰り返した後、１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気して蒸気１を確実に除去して、従前のブランク領域を埋める表面アミド化複合体を得た。１１−ヒドロキシウンデシルホスホン酸のＴＨＦ乾燥０．１ｍＭ中に該サンプルを１時間入れ、エタノール中で１５分間超音波処理後、Ｎ２流中でブロー乾燥させた。次に、ポリエチレングリコールスクシンイミジルコハク酸エステル（分子量５０００、Ｌａｙｓａｎ社）のアセトニトリル乾燥０．１ｍＭ溶液に該サンプルを３６時間入れた。エタノール中で１５分間超音波処理後、ＮａＯＨ水溶液でｐＨを６．５に調整したＲＧＤＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｐｔｉｄｅ社）の０．１ｍＭ水溶液にサンプルを２４時間入れた。サンプルを脱イオン水に３０分間浸漬後、Ｎ２流中でブロー乾燥して組織培養研究用に保管した。
【００８０】
（ＰＥＴとＰＥＥＫ上の二重にパターン化されたＲＧＤおよびＰＥＧの誘導体化）
清浄な高分子サンプルを、真空または蒸気１のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバにセットした。チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒまで３０分間脱気後、高分子膜を蒸気１または２に３０分間暴露し（外部脱気しながら）、その後外部脱気せずに５分間暴露した。この時点で、金属アルコキシド用の栓を閉じて加熱テープを貼り、サンプルを７５℃まで５分間加熱後、室温まで冷却させた。その後、チャンバを１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気して余分な蒸気１を確実に除去して表面活性化高分子を得た。該高分子を乾燥ＴＨＦ中で１分間超音波処理後、水中で５分間加水分解した。前述のように、サンプルをフォトリソグラフィでパターン化して、真空または蒸気１あるいは２のいずれかに暴露するための２つの栓を備えた堆積チャンバに再びセットした。チャンバを圧力１０−３ｔｏｒｒまで３０分間脱気後、高分子膜を蒸気１または２に３０秒間暴露し（外部脱気しながら）、その後外部脱気せずに５分間暴露した。このサイクルを２度繰り返した後、チャンバを１０−３ｔｏｒｒで３０分間脱気して余分な蒸気１を除去して、３−マレイミドプロピオン酸（乾燥アセトニトリルの０．１ｍＭ溶液）と直ちに反応させた表面金属複合体を得た。残存するフォトレジストをアセトン中で洗い落し、前記参照のＨａｎｓｅｎらのＴ−ＢＡＧ法により、１１−ヒドロキシウンデシルホスホン酸を未反応領域に埋めた（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００３，１２５，１６０７４−１６０８０）。該サンプルをポリエチレングリコールスクシンイミジルコハク酸エステル（ＰＥＧ−ＳＳ、分子量５０００、Ｌａｙｓａｎ社）の乾燥アセトニトロル０．１ｍＭ溶液と３６時間反応させた。サンプルをエタノール中で超音波処理し、ＮａＯｈ水溶液でｐＨを６．５に調整したＲＧＤＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｐｔｉｄｅ社）の０．１ｍＭ溶液中で２４時間反応させた。二重にパターン化されたサンプルを脱イオン水に３０分間浸漬し、Ｎ２流中でブロー乾燥させて、後の使用のためにデシケータ中で保管した。
【００８１】
（二重にパターン化された蛍光色素分子の誘導体化）
二重にパターン化されたＲＧＤおよびＰＥＧで説明した方法と同様な方法で高分子サンプルを処理したが、ただし、３−マレイミドプロピオン酸の代わりにフルオレセインを用い、ＰＥＧスクシンイミジルコハク酸エステルの代わりに５（６）−カルボキシ−Ｘ−ローダミンＮ−スクシンイミジルエステル（Ｆｌｕｋａ社）を用いた。サンプルを蛍光顕微鏡で視覚化し、予期されたパターンとの一致を示した。
【００８２】
（インビトロでの細胞性能）
高分子表面への細胞応答をインビトロで評価した。１０％子牛血清（Ｈｙｃｌｏｎｅ社）を備えたＤｕｌｂｅｃｃｏ社の改良Ｅａｇｌｅ培地（ＤＭＥＭ）中で維持したＮＩＨ３Ｔ３細胞を、前記のように（Ｄａｎａｈｙら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ２００４，２０，５３３３−５３３７）、細胞吸着実験用に調製した。細胞（１０％の子牛血清を備えたＤＭＥＭ中，１×１０５／ｍＬ）を、未処理あるいは誘導体化高分子表面を含む２４穴組織培養皿に添加した。９０分後、細胞が接着していない培地を除去して新鮮なＤＭＥＭと取り替えた。３時間後に、細胞を固定化・透過処理し、抗ビンキュリン抗体（Ｓｉｇｍａ社）で、その後、第２フルオレセインヤギ抗マウス抗体８焦点性吸着用）およびＤＡＰＩ（ＤＮＡ用）で染色した。前記した方法（Ｍｉｄｗｏｏｄら、Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｃｅｌｌ２００２，１３，３６０１−３６１３）により像を得た。色の明るさおよびコントラストはＩＰＬａｂソフトウェアで調節した。
【００８３】
（幹細胞の区分化の制御）
間葉系幹細胞（ＭＳＣ）の形状はその分化に影響することが示されている。Ｃｈｅｎら、Ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｃｅｌｌ  ｓｈａｐｅ，  ｐｏｓｉｔｉｏｎ，  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．１９９８，１４，３５６−３６３（３５７ページ第２欄３６〜６７行目および３６０ページ図３下、第１欄６〜１９行目）；ＭｃＢｅａｔｈら、Ｃｅｌｌ  Ｓｈａｐｅ，Ｃｙｔｏｓｋｅｌｅｔａｌ  Ｔｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄ  ＲｈｏＡ  Ｒｅｇｕｌａｔｅ  Ｓｔｅｍ  Ｓｅｌｌ  Ｌｉｎｅａｇｅ  Ｃｏｍｍｉｔｍｅｎｔ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．Ｃｅｌｌ２００４，６，４８３−４９５（４８５〜４８６ページ；４８７ページ第２欄１〜８行目；４８８〜４８９ページ；４９０ページ第２欄１〜４３行目）参照。これらの引例は参照により本明細書に援用される。面積１００μｍ２の正方形フィブロネクチン（組織培養ポリスチレンに吸着している）内で最大限拡張させられたＭＳＣの間葉幹細胞は、優先的に骨芽細胞に分化したが、直径１０μｍの円上に拘束されたＭＳＣ間葉幹細胞は、脂肪細胞になった（図７−１）。単純な吸着は、デバイスにとっては好都合な表面機能化スキームではない（Ｆａｌｃｏｎｎｅｔら、Ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｔｏ  ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｒｎ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  ｃｅｌｌ−ｂａｓｅｄ  ａｓｓａｙｓ、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２００６，２７，３０４４−３０６３、（３０４５ページ第１欄１７〜２８行目）参照）ため、上記に提示された新しい高分子表面のパターニングスキームによって、高分子組織足場上の細胞形状を制御する改良代替方法が提示され、足場の異なる部位における異なる組織の優先的な発達が可能となる。
【００８４】
（実験３）
（高分子の金属化）
上記のように、酸化ジルコニウム／アルコキシド接着層２７は、ＰＥＴおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜表面上の銅金属の成長と、銅金属のそれらへの付着とを核としているが、この方法によって、高分子ベースのデバイス基板のパターン化された金属化に対する基板が提供される。
【００８５】
接着層２７は、マトリクスとして機能し高分子表面の金属化を可能とする。典型的な方法では、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜を層厚みが５ｎｍの接着層２７で被覆し、次に、ＣｕＳＯ４の２００ｍＭ水溶液に浸漬した。サンプルを脱イオン水中ですすぎ、また、ＥＤＸ分析にから、ＣｕとＳの存在が確認された（図７−２）。その後ジメチルアミンボランを用いてゆっくり還元（１Ｍ、水溶液、６時間、５０℃）すると金属性の銅が形成された。Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜上にパターン化された接着層２７を用いても金属化を行った。金属化表面を水中で超音波処理してＱチップで物理的に摩擦し、その後、ＥＤＸ分析を行った（図１５Ａおよび図１５Ｂ）。このようにして、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜表面上のＺｒおよびＣｕのパターンは両方とも、マスクデザインを忠実に模写している（図１６Ａ、図１６Ｂ）ことが示された。
【００８６】
図１７Ａおよび図１７Ｂでは、対応するパターンもＡＦＭで観察された。生成された銅「種子」の厚みは、ＡＦＭで測定して接着層２７の出発膜よりも約２０倍であり（図１７Ａ）、接着層２７がポリイミド表面で、ＣｕＳＯ４の成長を核にしていることが示された（ＥＤＸから観察される、図１５Ａおよび図１５Ｂ）。興味深いことには、ＣｕＳＯ４処理のＫａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜は、水素化ホウ素ナトリウム水を用いて急速に還元されて銅金属も得られることである。ここで、ピット内の表面に埋められる銅パターンの上端は多くの場合、高分子表面より約５００ｎｍ下にあることがＡＦＭ分析から示されている（図１７Ｂ）。比較的速い水素化ホウ素還元は十分に発熱性であり、還元反応の近傍で高分子が溶解しているものと考えられる。
【００８７】
接着層２７は薄い（約５ｎｍ）ために、物理的な曲げによるクラックに対しては抵抗性があり、このために、接着層２７は銅を有する高分子金属化には好適なマトリクスである。銅「種子」層は、無電解堆積プロセスによるバルク銅成長のための核形成部位として機能できる（Ｇｕら、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｅｅｄ  Ｌａｙｅｒｓ  ｏｎｔｏ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｍｅｔａｌｓ．Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．２０００，６１２，Ｄ９．１９．１−Ｄ９．１９．６（Ｄ９．１９．２ページ３３〜４０行目；Ｄ９．１９．５ページ１４〜２２行目）。フォトリソグラフィパタニングと共に、高分子のこのさらなる金属化によって、簡単な実験室条件下の様々なフレキシブル基板上の銅ベースの電気的回路を調製する手段が得られる。
【００８８】
（実験セクション）
（概要）
特に断りのない限り、化学薬品はすべてＡｌｄｒｉｃｈ社から入手した。アセトニトリルとＴＨＦはそれぞれＣａＨ２とＫＯＨ上で乾燥させ、使用前に蒸留した。ニコン社のＯｐｔｉｐｈｏｔ−２ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（Ｇａｒｄｅｎ  Ｃｉｔｙ，ＮＹ）を用いて蛍光顕微鏡像を得、Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＣｏｏｌｓｎａｐ  Ｃａｍｅｒａ（Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＺ）を用いて該像を撮影し、ＩＰ  ｌａｂ  ｓｏｆｔｗａｒｅを用いて分析した。タッピングモードのシリコンチップ（Ｎａｎｏｄｅｖｉｃｅｓａ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｐｒｏｂｅｓ社、共鳴周波数３００ｋＨｚ、ばね定数４０Ｎ／ｍ）を装備したＤｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＭｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＩＩａ  ＳＰＭを用いて膜のＡＭＦ分析を行った。
【００８９】
（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜とＰＥＴの金属化）
高分子表面のパターン化または未パターン化銅金属化は、活性化した高分子表面をＣｕＳＯ４の２００ｍＭ水溶液に一晩浸漬後、ジメチルアミンボランまたは水素化ホウ素ナトリウムの１Ｍ水溶液中で６時間還元させることにより得られた。銅の金属化は、ＰＧＴ−ＩＭＩＸ  ＰＴＳ  ＥＤＸシステムを装備したＦＥＩ  ＸＬ３０ＦＥＧ−ＳＥＭを用いたエネルギー分散型Ｘ線分析によって確認された。
【００９０】
本発明の目下好適な実施形態を記載したが、種々の実施形態について変形と修正が、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなしに可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本発明は添付の請求項と適用可能な法律の規定によって要求される範囲にのみ制限されることものと意図される。
【００９１】
本明細書に引用された引例はすべて、参照によりその全体が援用される。
【図１】
2011500216.tif 000007
【図２】
2011500216.tif 000008
【図３】
2011500216.tif 000009
【図６】
2011500216.tif 000010
【図７】
2011500216.tif 000011
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2011500216.tif 000013
【図９Ａ】
2011500216.tif 000014
【図９Ｂ】
2011500216.tif 000015
【図１０】
2011500216.tif 000016
【図１１Ａ】
2011500216.tif 000017
【図１１Ｂ】
2011500216.tif 000018
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
2011500216.tif 000020
【図１２】
2011500216.tif 000021
【図１２Ａ】
2011500216.tif 000022
【図１２Ｂ】
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【図１３】
2011500216.tif 000024
【図１４Ａ】
2011500216.tif 000025
【図１４Ｂ】
2011500216.tif 000026
【図１４Ｃ】
2011500216.tif 000027
【図１５Ａ】
2011500216.tif 000028
【図１５Ｂ】
2011500216.tif 000029
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2011500216.tif 000031
【図１７Ａ】
2011500216.tif 000032
【図１７Ｂ】
2011500216.tif 000033
【図４】
2011500216.tif 000034
【図５】
2011500216.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月18日(2010.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）蒸着または浸漬堆積により、金属アルコキシドと高分子表面を接触させるステップと、
ｂ）熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解および部分加水分解から構成される群の１つまたは複数から選択される、前記表面上に酸化物接着層を形成するための適切な条件に、前記金属アルコキシドをかけるステップと、を備えることを特徴とする高分子表面の活性化プロセス。
【請求項２】
ステップｂ）には、前記金属アルコキシドを約５０℃〜前記高分子の融点の範囲まで加熱するステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属アルコキシドの金属は、周期表第３〜６族あるいは第１３〜１４族の遷移金属であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記アルコキシドは、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシドおよびフッ素化アルコキシドから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記酸化物接着層を、有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物から選択される付加的な材料と反応させて、前記付加的な材料を前記酸化物接着層を介して高分子表面に結合させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記付加的な材料の堆積前に、前記酸化物接着層を選択的に、完全加水分解または部分加水分解あるいは部分熱分解または完全熱分解させるステップを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
堆積した付加的な材料を加熱処理または電子レンジ処理にかけるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記接着層を機能化して生物学的応答を引き出すステップを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記生物学的応答は細胞誘引であり、前記接着層の機能化には、有機酸、ホスホン酸、核酸、タンパク質およびペプチドから選択される材料を添加するステップが含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記接着層は連続的であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記高分子表面は、前記金属アルコキシドの金属原子と配位可能な表面配位基を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記高分子は、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリ尿素類、ポリエステル類、ポリケトン類、ポリイミド類、ポリスルフィド類、ポリスルホキシド類、ポリスルホン類、ポリチオフェン類、ポリピリジン類、ポリピロール類、ポリエーテル類、シリコン類、多糖類、フッ素重合体類、アミド類、イミド類、ポリペプチド類、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）類、共重合体類およびナイロンから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
表面と、蒸着または浸漬堆積により前記表面に結合した酸化物接着層と、を備えた高分子基板であって、前記酸化物接着層には、熱分解、電子レンジ加熱、完全加水分解および部分加水分解から構成される群の１つまたは複数で処理された金属アルコキシドが含まれ、前記金属アルコキシドの金属は、周期表第３〜６族あるいは第１３〜１４族の金属であることを特徴とする組成物。
【請求項１４】
前記アルコキシドは、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、イソブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシドおよびフッ素化アルコキシドから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記酸化物接着層配置された有機化合物、金属化合物、有機金属化合物または無機化合物を含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４のいずれかに記載の組成物。
【国際調査報告】
2011500216.tif 000036
2011500216.tif 000037