(57)【要約】  チタニア、チタン、チタン合金、および／またはポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）を備える植込み可能物体の表面の生物活性を向上させる方法と、それによって作製される植込み可能物体とは、加速ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）から得られる加速中性ビームを減圧チャンバに形成することと、植込み可能物体を減圧チャンバに導入することと、前記植込み可能物体の表面の少なくとも第１の部分にＧＣＩＢ由来中性ビームを照射することとを提供する。【選択図】図１６ｂ
2014525817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植込み可能物体の表面の生物活性を向上させる方法であって、
減圧チャンバに加速中性ビームを形成するステップと、
前記減圧チャンバに物体を導入するステップであって、前記物体が医療補綴物、医療植込み物、医療補綴物の部品、医療植込み物の部品、生体哺乳動物への植込みを目的としたその他の物体から成る群から選択され、前記植込み可能物体の表面の少なくとも一部がチタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択された材料を備える、ステップと、
前記物体の前記表面の少なくとも第１の部分に前記加速中性ビームを照射するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記形成ステップが、
イオン化ガスクラスタを備えるガスクラスタイオンビームを減圧チャンバに形成するステップと、
前記ガスクラスタイオンビームを加速するステップと、
前記ガスクラスタイオンビームを少なくとも部分的に中性化するステップと、
前記少なくとも部分的に中性化されたガスクラスタイオンビームを中性部分と前記中性部分から分離して前記加速中性ビームを形成するイオン化部分とに分離するステップと、
をさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記分離ステップが静電分離手段の使用を含む請求項２の方法。
【請求項４】
前記ガスクラスタイオンビームを少なくとも部分的に分離するステップを備える請求項２の方法。
【請求項５】
前記中性ビームが実質上中サイズクラスタを含まない請求項４の方法。
【請求項６】
前記中性ビームが実質上中性モノマービームである請求項４の方法。
【請求項７】
前記中性ビームが中性ガスクラスタを備える請求項１の方法。
【請求項８】
物体上またはその近傍で細胞増殖を誘発する方法であって、
物体の表面の少なくとも一部を選択するステップであって、前記部分がチタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択される材料を備える、ステップと、
減圧チャンバに加速中性ビームを形成するステップと、
減圧の前または後に前記物体を前記減圧チャンバに導入するステップと、
前記表面の前記少なくとも一部に前記加速中性ビームを照射するステップと、
前記物体を前記減圧チャンバから取り外すステップと、
前記表面の前記少なくとも一部を生体細胞に対して露出するステップと、
を備える方法。
【請求項９】
細胞を接着するために物体のポリエーテルエーテルケトンを備える表面の少なくとも一部を選択するステップと、
加速中性ビームを減圧チャンバに形成するステップと、
減圧の前または後に前記物品を前記減圧チャンバに導入するステップと、
前記表面の前記少なくとも一部に前記加速中性ビームを照射するステップと、
前記物体を前記減圧チャンバから取り外すステップと、
前記表面の前記少なくとも一部を生体細胞に対して露出するステップと、
を備える方法によって作製される接着細胞を有する、チタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択される材料を備える表面領域を有する物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、物体表面の生物活性特徴を向上させる方法と、表面の少なくとも一部の生物活性が向上された物体の製造とに関する。具体的には、本発明は、ガスクラスタイオンビーム技術の使用、および／または中性ガスクラスタビームおよび／または中性モノマービームの使用を通じて生物活性を高めることによって表面を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体が生体細胞の成長、接着、増殖を誘引しホストとして働く機能の高い表面を有することが望ましい場合が多くある。これは、たとえば組織培養皿、フラスコおよびローラフラスコ、ウェル、チャンバスライド、プレート、ペトリ皿などの特定の生物学的実験器具に当てはまることが多い。また、縫合糸などの植込みを目的とした医療用物体や、空気感染または水系感染の試験に使用される環境試験装置にも当てはまることが多い。
【０００３】
本文書で使用されるように、表面または物体または物体の一部と関連して使用される「生物活性」という用語は、骨または流体などの生体細胞および／または組織を吸引する、細胞および／または組織の活性度を高める、生体細胞を接着する、生体細胞の成長を促進する、あるいは生体細胞の増殖を促進するための表面あるいは物体または物体の一部の適合性を意味することを目的とする。生体細胞、組織、流体は、現在生きている、または最近まで生きていた、哺乳動物（ヒトを含む）からまたはその内部において、あるいは人工刺激によって抽出された材料を含む。本文書で使用されるように、「チタニア」という用語は、天然酸化物またはチタン元素を含むその他の酸化物（ＴｉＯ２および／または不完全な化学量論のＴｉＯ２を制限なく含む）の表面コーティングと共に、チタンの酸化物およびチタン金属自身（またはその合金）を含むことを目的とする。植込み型医療装置は、典型的にはチタニア表面（天然酸化物、意図的に酸化された表面、またはそれ以外のいずれでもよい）を有するチタン金属（または合金）から作製されることが多い。
【０００４】
本文書で使用されるように、「薬剤」という用語は、有益に活性化され、植込み型医療装置の近傍で局地的に放出または溶出させて、（たとえば、制限なく、潤滑剤の提供によって）装置の植込みを簡易化する、あるいは（たとえば、制限なく、生物学的または生化学的な活性化により）装置の植込みの好ましい医学上または生理学上の成果を促進することのできる治療薬または材料（小分子の治療薬とより大きな生物学的薬剤を含む）を意味することを目的とする。「薬剤」は、薬剤を結合する、薬剤に粘着性を提供する、薬剤を医療装置に付着させる、あるいはバリア層を形成して薬剤の放出または溶出を制御するために採用される薬剤とポリマーとの混合物を意味することを目的とする。薬剤の分子をビーム照射によって緻密化、炭化または部分的に炭化、架橋または部分的に架橋、または少なくとも部分的にポリマー化するように変質された薬剤は、「薬剤」の定義に含まれることを目的とする。
【０００５】
本文書で使用されるように、「縫合糸」（名詞として）という用語は、傷の外科的閉鎖、出血の制御、または腱、靱帯、軟骨、骨、および／またはその他の組織の外科的接合または保持のために使用される結紮糸およびその他の繊維、単繊維、または糸を含むことを目的とする。
【０００６】
本文書で使用されるように、ガスクラスタサイズまたはガスクラスタイオンサイズについて言及する際、「中サイズ」という用語はＮ＝１０〜Ｎ＝１５００のサイズを意味することを目的とする。ただし、Ｎはガスクラスタまたはガスクラスタイオンを備えるモノマーの数を示す。
【０００７】
本文書で使用されるように、「モノマー」という用語は単独の原子または単独の分子のいずれも等しく指す。「原子」、「分子」、「モノマー」という用語は互換可能に使用することができ、当該ガスの特徴となる適切なモノマー（クラスタの成分、クラスタイオンの成分、または原子または分子）すべてを指す。たとえば、アルゴンなどの一原子ガスを原子、分子、またはモノマーに関して言及することができ、それらの用語はそれぞれ単独の原子を意味する。同様に、窒素のような二原子ガスの場合、原子、分子、またはモノマーに関して言及することができ、それらの用語はそれぞれ二原子分子を意味する。さらに、ＣＯ２などの分子ガスを原子、分子、またはモノマーに関して言及することができ、それらの用語はそれぞれ三原子分子を意味する。これらの決まりは、一原子、二原子、またはガス状の分子であるかにかかわらず、ガスおよびガスクラスタまたはガスクラスタイオンの一般的な説明を簡略化するために使用される。
【０００８】
生物学的実験器具は、細胞培養、組織培養、移植培養、組織工学用途（たとえば）で採用することができ、一般的にはガラス、石英、プラスチックおよびポリマー、特定の金属およびセラミックのような不活性および／または生体適合性材料から形成される。生物活性を高めるように上記生物学的実験器具の表面の少なくとも一部を改質できることが望ましい場合が多い。
【０００９】
医学用補綴物あるいは医療植込み物または移植片などの、哺乳動物（ヒトを含む）の身体または身体組織への植込みを目的とした医療用物体は、各種金属、合金、プラスチックまたはポリマーまたはコポリマー材料（制限なく、織り、編み、不織ポリマー／コポリマー布、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの固体材料を含む）、固体樹脂材料、ガラスおよびガラス材料、骨やコラーゲンなどの生物材料、絹およびその他の天然繊維、および適用に適し、適切な生体適合性を有するその他の材料（制限なく、ポリグルタミン酸、乳酸−グリコール酸共重合体、ポリ乳酸を含む）を含むがそれらに限定されない各種材料から作製することができる。たとえば、特定のステンレス鋼合金、チタンおよびチタン合金（天然酸化物コーティングを含む）、コバルトクロム合金、コバルト−クロム−モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金（可能な天然酸化物コーティングを含む）、ポリエチレンおよびその他の不活性プラスチック、チタニア、アルミナ、ジルコニアセラミックなどの各種セラミックが採用される。ポリマー／コポリマー布は、たとえばポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）を含む）、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）、アラミド、ポリアミド、およびその他の適切な繊維から形成することができる。植込みを目的とした医療用物体はたとえば制限なく血管ステント、血管およびその他の移植片、歯科インプラント、人工および天然補綴物、冠状動脈ペースメーカー、植込みレンズなど、およびそれらの部品を含む。このような装置は、意図する目的で理想とするよりも低い細胞接着および細胞増殖特性の天然表面状態を有していることが多い。このような場合、大抵は、植込み用途にさらに適するように細胞接着性を高めるべく物体の表面の少なくとも一部を改質できることが望ましい。
【００１０】
靱帯または腱の修復中、一般的な外科的アプローチは、縫合固定具を使用して、あるいは使用せずに損傷部位を縫合し、通常は長期間をかけて自発的な治癒を促すことである。靱帯および腱の修復が直面する問題は、当該領域での血管分布がないために、修復部位に接着し治癒を助ける幹細胞が循環する可能性が低いことである。間葉系幹細胞（ＭＳＣ）または骨芽細胞を当該領域に送達することによって、治癒向上の可能性が生じ、治癒期間が大幅に低減する可能性がある。ＭＳＣまたは骨芽細胞を縫合糸に播種し細胞を修復部位に送達することは有効である。しかしながら、靱帯および腱の修復を目的とした従来技術の市販の縫合糸にＭＳＣを播種および接着するのは困難である場合が多く、コラーゲン、フィブリン、またはポリエルリジンなどのタンパク質または接着因子を有するプレコーティング縫合糸の使用を必要とし、大抵は所望されるほどの有益な結果を残さない。別の有効な方法が所望される。
【００１１】
環境試験装置は、金属、プラスチックおよびポリマー、ガラス、石英などの材料を含むことが多い。
【００１２】
過去１０年間、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）は広く既知であり、様々な表面および表面処理下用途に幅広く使用されてきた。ガスクラスタイオンは通常、大質量であるため、相当のエネルギーで加速されるときでも比較的低速（従来のイオンと比較して）で移動する傾向がある。こうした低速度とクラスタ固有の弱い結合とが組み合わさった結果、従来のイオンビームおよび拡散プラズマよりも表面貫入と表面損傷の少ない独特の表面処理能力がもたらされる。
【００１３】
ガスクラスタイオンビームは、様々な表面の平滑化、エッチング、浄化、蒸着の形成、その他の方法での改質のために採用されてきた。アルゴンガスによるＧＣＩＢ形成の容易さとアルゴンの不活性特性のため、冠状動脈ステント、整形外科補綴物などの植込み型医療装置やその他アルゴンガスＧＣＩＢを使用する植込み型医療装置の表面処理に関して多くの用途が開発されている。たとえば、Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋらに発行されたＥｘｏｇｅｎｅｓｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米国特許第６，６７６，９８９Ｃ１号は、血管ステントなどの管状または円筒状ワークピースの処理に適したホルダおよびマニピュレータを有するＧＣＩＢ処理を教示している。別の例では、Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋらに発行されたＥｘｏｇｅｎｅｓｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米国特許第６，４９１，８００Ｂ２は、股関節補綴物などのその他の種類の非平面上医療装置の処理に適したホルダおよびマニピュレータを有するＧＣＩＢ処理システムを教示している。さらに別の例では、Ｂｉｎｎらに発行されたＥｘｏｇｅｎｅｓｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米国特許第７，１０５，１９９Ｂ２号は、ＧＣＩＢ処理を利用して、ステントへの薬剤コーティングの接着性を向上させ、コーティングからの薬剤の溶出または放出速度を変更することを教示している。
【００１４】
ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）照射は、表面のナノスケール変質に使用されている。一般公開されている米国特許公開第２００９／００７４８３４Ａ１号「ガスクラスタイオンビーム技術の適用によって医療装置の表面の湿潤性特徴を変更する方法およびシステム、ならびにそれにより製造される医療装置」では、ＧＣＩＢ照射が非生物材料表面の親水性特徴を変更することが証明されている。線維芽細胞や骨芽細胞などの足場依存細胞を含むがそれらに限定されない細胞が接着、成長、差別化に際し親水性表面を好み、生理学的ｐＨで荷電表面を好むことは一般的に既知である。サンドブラスティング、酸エッチング、サンドブラスティングプラス酸エッチング（ＳＬＡ）、コーティングのプラズマ噴霧、ＣＯ２レーザ平滑化、および機械的、超音波、プラズマ、化学的浄化方法を含む様々な形式の浄化など、多数の方法が非生物表面の親水性を高める、あるいは荷電状態を変更するために採用されている。その他のアプローチは、界面活性剤の追加や、異なる湿潤性特徴を備える膜またはコーティングの塗布などを含む。ＵＶ処理、ＵＶおよびオゾン処理、共有結合ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）、抗体アンチ−ＣＤ３４やアルギニン−グリシン−アスパラギン酸塩ペプチド（ＲＧＤペプチド）など、タンパク質生成物の塗布など、表面の細胞接着性を高める各種方法も採用されている。
【００１５】
イオンは、その電荷が電界および磁界による工学を助けるために多数のプロセスで長い間採用されてきた。このため、処理が非常に柔軟になる。しかしながら、用途によっては、どのイオン（ＧＣＩＢ中のガスクラスタイオンを含むがそれに限定されない）にも固有の電荷が処理表面に望ましくない作用を及ぼす場合がある。ＧＣＩＢは、単独のまたは小さな複数電荷を有するガスクラスタイオンが従来のイオン（単独の原子、分子、または分子断片）に比べてずっと大きな質量流の移送と制御を可能にするという点で、従来のイオンビームを越える明確な利点を備える（クラスタは数百または数千の分子から成ることがある）。特に、絶縁性材料の場合、イオンビーム処理表面は蓄積電荷の急な放出、および材料の電界誘発ストレスの生成（これも蓄積電荷から生じる）から生じる電荷誘発損傷を受けることが多い。このような場合、ＧＣＩＢは質量当たりの電荷が比較的低いために有益であるが、多くの場合、ワークピース荷電問題を排除できない。さらに、中〜高電流強度のイオンビームは、大きな空間電荷の誘発する、長距離に渡って集束されるビームの移送を阻む傾向にあるビームの脱焦を受ける場合がある。ここでも、従来のイオンビームに比べて質量当たりの電荷が低いために、ＧＣＩＢはこれに関して利点を有するが、空間電荷移送問題を完全に排除できていない。
【００１６】
中性分子または原子ビームの使用は表面処理用途や空間電荷なしのビーム移送では有効であるが、エネルギーが通常原子または分子当たり約数ミリ電子ボルトであるジェットの場合を除き、中性分子または原子の強力なビームを生成するのは容易でも経済的でもないという事実から、別の需要または機会の例が生じる。多数の用途、たとえば浄化、エッチング、平滑化、蒸着、非晶質化を簡易化する、あるいは表面化学作用を生成するために表面または浅表面下の結合を解くことが望ましい場合など、よりエネルギーの大きな中性粒子が有益または必要であろう。このような場合、粒子当たり１ｅＶ〜数十ｅＶ（またはそれ以上）からのエネルギーが有効である場合が多い。加速荷電ＧＣＩＢをまず形成し、次にビームの少なくとも一部を中性化し、あるいは中性化の準備をし、荷電部分と未荷電部分とを分離することによって、上記の中性ビームを形成する方法および装置を本文書で開示する。中性ビームは中性ガスクラスタ、中性モノマー、またはその組み合わせから成ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の目的は、表面または表面の少なくとも一部がＧＣＩＢ処理によって向上された生物活性を有するように改質された物体を提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、表面または表面の少なくとも一部がＧＣＩＢ技術の採用によって向上された生物活性を有するように改質された物体を形成する方法を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、表面または表面の少なくとも一部がＧＣＩＢ技術の採用によって向上された生物活性を有するように改質された物体を形成する方法を提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、表面または表面の少なくとも一部が中性ビーム技術の採用によって向上された生物活性を有するように改質された物体を提供することであり、中性ビームがガスクラスタ、モノマー、またはモノマーとガスクラスタの組み合わせを備える。
【００２１】
本発明の別の目的は、表面または表面の少なくとも一部が中性ビーム技術の採用によって向上された生物活性を有するように改質された物体を提供することであり、中性ビームがガスクラスタ、モノマー、またはモノマーと加速ガスクラスタイオンビームから得られるガスクラスタとの組み合わせを備える。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、中性ビーム技術の採用によって向上された生物活性を有するように物体を改質する方法を提供することであり、中性ビームはガスクラスタ、モノマー、またはモノマーとガスクラスタの組み合わせを備える。
【００２３】
本発明のさらに別の目的は、医学的植込み用に表面の少なくとも一部がＧＣＩＢ処理によって改質され、医学的植込み前に細胞が体外接着される物体を提供することである。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、医学的植込み用に表面の少なくとも一部がＧＣＩＢ処理によって改質され、医学的植込み前に細胞が体外接着される物体の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述の物体ならびに追加の他の物体と本発明の利点は、後述の本発明によって達成される。
【００２６】
組織工学における基本的な課題の１つは、異なる由来の細胞を人体内で見られるように成長し相互作用させる機能である。表面へのＧＣＩＢ照射は、細胞差別化を維持しつつ細胞の接着および増殖を大幅に向上させる。上皮、内皮、間葉、または神経細胞から得られる組織および器官での傷修復は、ＧＣＩＢ照射によって表面が改質された不活性または生物活性材料上で成長させられるとき恩恵を受けることができる。目的が下の骨と歯科インプラント間の一体化、細胞の浸透および靱帯と接着する骨間の一体化、皮膚または髪の移植片一体化の向上、あるいはさらにはシナプスを再始動させる神経再生のいずれを達成することであるにせよ、ＧＣＩＢ照射は組織工学の進展と傷の修復にとって有益な行程である。
【００２７】
本発明は、ＧＣＩＢおよび／または中性ビーム処理を利用して、細胞接着を目的とした物体に、細胞の成長、接着、および／または増殖を促進する高生物活性特性を有する表面領域を形成することに関する。さらに、本発明は、医学的／医療的植込み前に医療用物体のＧＣＩＢ処理表面領域に細胞を体外接着することに関する。接着細胞は、医学／医療植込みの対照となる個人の身体から得ることができる、あるいはその他の適合性のあるソースから得ることができる。
【００２８】
細胞接着を目的とした物体の表面の特定の選択部分が高い生物活性特性を有するべきであり、物体表面のその他の部分が細胞接着工程に含まれない場合、ＧＣＩＢ処理を物体表面の選択部分のみに限定して選択部分のみの生物活性特性を高めることによって、ＧＣＩＢ処理を選択部分に限定することができる。ＧＣＩＢ断面積および／またはＧＣＩＢの走査および／または偏向を制御して照射範囲を選択表面部分に限定することによって、ＧＣＩＢ処理を選択領域に限定することを達成できる。もしくは、従来のマスキング技術を利用して、ＧＣＩＢ処理を所望しない表面部分をマスクし、ＧＣＩＢ処理を必要とする選択表面部分を露出させることができる。その後、マスクとマスクを通じて露出された表面部分に拡散または走査ＧＣＩＢを照射することができる。ＧＣＩＢ照射を物体の表面の選択領域または表面に限定するその他の様々な方法も当業者にとって既知であり、本発明に含まれると意図される。
【００２９】
従来のエネルギーイオン加速荷電原子または分子のビームは、半導体装置の接合を形成する、スパッタリングにより表面を変質させる、薄膜の特性を変更するために広く利用されている。従来のイオンと異なり、ガスクラスタイオンは、標準的な温度および圧力下ではガス状の（一般的には、酸素、窒素、またはアルゴンなどの不活性ガスだが、ガスクラスタイオンを生成する任意の凝縮性ガスが使用可能である）材料の多数の（標準的な分布は数百〜数千、平均値は数千）弱く結合した原子または分子のクラスタから形成され、各クラスタは１つまたはそれ以上の電荷を共有し、大きな電位差（約３ｋＶ〜約７０ｋＶまたはそれ以上）により共に加速されて高い総エネルギーを得る。ガスクラスタイオンの形成および加速後、それらの電荷状態はその他のクラスタイオン、その他の中性クラスタ、または残りの背景ガス粒子との衝突によって変更させることができる、あるいは変更する（さらには中性化する）結果、より小さなクラスタイオンまたはモノマーイオン、および／またはより小さな中性化クラスタおよび中性化モノマーに断片化される、あるいは断片化を誘発されることがあるが、大きな電位差を通じて加速されるために比較的高い速度およびエネルギーを維持する傾向があり、エネルギーは断片全体に分配される。ガスクラスタイオンの形成および加速後、それらの電荷状態はその他のクラスタイオン、その他の中性クラスタ、または残りの背景ガス粒子との衝突によって変更させることができる、あるいは変更する（さらには中性化する）結果、より小さなクラスタイオンまたはモノマーイオン、および／またはより小さな中性化クラスタおよび中性化モノマーに断片化される、あるいは断片化を誘発されることがあるが、結果として生じるクラスタイオン、中性クラスタ、モノマーイオン、中性モノマーは大きな電位差を通じて加速されるために比較的高い速度およびエネルギーを維持する傾向があり、加速ガスクラスタイオンエネルギーは断片全体に分配される。
【００３０】
弱く結合されているため、ガスクラスタイオンは表面との衝突時に分裂し、加速ガスクラスタイオンの総エネルギーは構成原子間で共有される。このエネルギー共有のため、クラスタ内の各原子は従来のイオンの場合よりも（分裂後）ずっとエネルギーが小さいため、加速ガスクラスタイオンの高エネルギーにもかかわらず、ずっと浅くしか貫入しない。本文書で使用されるように、「ＧＣＩＢ」、「ガスクラスタイオンビーム」、「ガスクラスタイオン」という用語は、イオン化ビームおよびイオンだけでなく、加速後に電荷状態の全部または一部が変更される（中性化を含む）加速ビームおよびイオンを包含することを目的とする。「ＧＣＩＢ」および「ガスクラスタイオンビーム」という用語は、未クラスタ化粒子も含むにせよ、加速ガスクラスタイオンを備えるすべてのビームを包含することを目的とする。本文書で使用されるように、「中性ビーム」という用語は、加速ガスクラスタイオンビームから得られる中性ガスクラスタおよび／または中性モノマーのビームを意味することを目的とし、加速はガスクラスタイオンビームの加速から生じる。
【００３１】
エネルギーガスクラスタイオン内の個々の原子のエネルギーは非常に小さく、通常は数ｅＶ〜数十ｅＶであるため、原子は衝撃時に目標表面の多くともほんの数個の原子層しか貫通しない。こうした衝突原子の浅い貫通（通常、ビーム加速に応じて数ナノメートル〜約１０ナノメートル）は、クラスタイオン全体の担持する全エネルギーが１マイクロ秒の期間内に最上表面層にごくわずかの量しか離散しないことを意味する。これは、材料への浸透が時には数百ナノメートルに及び、材料の表面下深くの変化をもたらす従来のイオンビームと異なる。ガスクラスタイオンの高総エネルギーおよびごくわずかな相互作用量のため、衝撃部位での蒸着エネルギー密度は従来のイオンによる衝突の場合よりもずっと大きい。したがって、表面のＧＣＩＢ処理は、表面の特性を強化してその後の細胞の成長、接着、増殖の適合性を向上させる改質を生み出すことができる。
【００３２】
加速ガスクラスタイオンが完全に分離されて中性化されると、結果として生じる中性モノマーは、加速した時点における最初のガスクラスタイオンを備えたモノマーの数Ｎ１で最初の加速ガスクラスタイオンの総エネルギーを割ったものにほぼ等しいエネルギーを有する。このように分離される中性モノマーは、ガスクラスタイオンの最初の加速エネルギーおよびガスクラスタのサイズに応じて約１ｅＶから数十、さらには数百ｅＶのエネルギーを有する。
【００３３】
いかなる具体的な理論にも縛られることなく、本発明の方法によりＧＣＩＢ照射または中性ビーム照射によって処理された表面に観察される生物活性の増加はＧＣＩＢ照射表面構造の物理的変換から生じたものと考えられる。
【００３４】
ガスクラスタイオンビームは、既知の技術によりワークピースを照射する目的で生成および送信される。照射用のＧＣＩＢの経路に対象を保持し、対象を操作して対象の複数の部分を照射するための様々な種類のホルダが当該技術において既知である。
【００３５】
中性ビームは、本文書に教示される技術にしたがいワークピースを照射するために生成および移送される。
【００３６】
本発明によるビーム改良表面を有する物体は、（たとえば、制限なく）細胞培養、組織培養、移植培養、組織光学、またはその他の細胞接着または成長用途を目的とした生物学的実験器具に採用することができる、哺乳動物またはその他の生体の身体または身体組織に医学的／外科的に植え込むことができる、あるいは環境試験用途などのために採用することができる。任意で、物体は、たとえば医学用／医療用植込みなどでの適用前に、ビーム処理表面への細胞の体外接着を生じさせるように追加処理を施すことができる。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態では、加速ガスクラスタイオンビームから高ビーム純度中性ガスクラスタおよび／またはモノマービームを得る方法が採用される。中性ガスクラスタおよび／またはモノマービームは様々な種類の表面および浅表面下材料処理に採用して、いくつかの用途で従来のＧＣＩＢ処理よりも優れた性能を発揮することができる。これにより、約１ｅＶ〜約１００ｅＶ（またはさらには数百ｅＶ）の範囲のエネルギーを有する、十分に集束された強力な中性モノマービームを提供することができる。このエネルギー範囲では、強力な中性ビームを形成する簡易で比較的安価な装置はこれまで非実用的であった。
【００３８】
これらの中性ビームは、まず従来の加速ＧＣＩＢを形成し、ビームに不純物を導入しない方法および動作条件でそれを部分的または完全に分離し、その後、中性部分からビームの残りの荷電部分を分離し、結果として生じる中性ビームをワークピース処理に使用することによって形成される。ガスクラスタイオンの分離の程度に応じて、生成される中性ビームは中性ガスモノマーとガスクラスタの混合物とすることができる、あるいはほぼ全部を中性ガスモノマーとすることができる。
【００３９】
本発明の方法によって生成可能な中性ビームの利点は、イオン化ビームで生じるようなビーム移送電荷による表面帯電により材料に損傷を与えずに、荷電イオンビームによって損傷またはその他の形で悪影響を及ぼされることのある材料、たとえば（制限なく）電気絶縁性材料の処理に使用できることである。中性ビームを使用することで、イオンビームが表面またはその他の電荷作用による許容できない副作用を引き起こす場合のあるその他の用途において、ポリマー、誘電性および／またはその他の電気絶縁性または高電気抵抗材料、コーティング、膜のビーム処理を成功させることができる。他の例では、中性ビームの誘発するポリマーまたはその他の誘電材料の改質（たとえば、殺菌、平滑化、生体適合性の向上、薬剤の接着向上）を通じて、上記材料を医療植込みおよびその他の医療／外科用途において使用することができる。他の例は、上記ビームが粗度、平滑性、親水性、生体適合性などの表面特徴を向上させるのに使用することができる、ガラス、ポリマー、およびセラミック生体培養実験機器および／または環境サンプリング表面の中性ビーム処理である。
【００４０】
ＧＣＩＢは最初のチャージ以降、容易に所望のエネルギーまで加速され、容易に集束、偏向、走査、またはその他の形で扱うことができる。分離中性ビーム成分からの荷電イオンの分離後、中性ビーム粒子は当初の軌道を維持する傾向があり、良好な集束で長距離を移送させることができる。
【００４１】
ガスクラスタイオンは様々な理由で分離するが、たいていの場合はクラスタイオンからのモノマーの気化によると考えられる。イオン化装置では、付随の加速電子がクラスタまでエネルギーを移送し、クラスタイオン化を誘発させることができる。このエネルギー移送によりクラスタが励起状態となる結果、下流でガスクラスタイオンから中性モノマーが気化する。もしくは、加速ガスクラスタイオンは残りのガス分子および／またはその他のクラスタと衝突する場合がある。このような衝突はクラスタ断片化および／またはエネルギー移送を招き、その結果、ガスクラスタイオンから中性モノマーが気化する。
【００４２】
分離は、電子またはＧＣＩＢが形成されたのと同じガスのガス分子（および／またはガスクラスタ）との衝突によって誘発されるため、分離工程によってビームは汚染しない。
【００４３】
ＧＣＩＢ内のガスクラスタイオンを分離させるため、いくつかの機構を採用することができる。これらの機構の一部は中性ガスクラスタビーム内の中性ガスクラスタを分離する役割も果たす。ビーム内の衝突にほぼ依存して分離を生じさせることによって、他の材料との衝突によるビームの汚染が回避される。ノズルからの中性ガスクラスタジェットが、電子がクラスタをイオン化するように誘発されるイオン化領域を通って移動する間、クラスタがイオン化されずに残り、（付随電子によるクラスタからの電子放出により）１つまたは複数の電荷の荷電状態を獲得する場合がある。イオン化装置動作状態は、ガスクラスタが特定の荷電状態をとる可能性に影響し、イオン化装置の状態が強力であるほど、より高い荷電状態が達成される可能性が高くなる。高イオン化効率につながる強力なイオン化装置状態は、より高い電子束および／またはより高い（限界内）電子エネルギーをもたらすことができる。いったんガスクラスタがイオン化されると、一般的には、イオン化装置から抽出され、ビームへと集束され、電界を下ることによって加速される。ガスクラスタイオンの加速量は加速電界の大きさを制御することによって容易に制御される。代表的な市販のＧＣＩＢ処理ツールは通常、約１ｋＶ〜３０（またはそれ以上）ｋＶの調節可能な加速電位ＶＡＣＣを有する電界を横断してガスクラスタイオンを加速させる。よって、単独に荷電されたガスクラスタイオンは、１〜３０ｋｅＶ（またはそれ以上）の範囲のエネルギーを達成し、複数で荷電された（たとえば、制限なく、荷電状態ｑ＝３電子電荷）ガスクラスタイオンは３〜９０ｋｅＶ（またはそれ以上）の範囲のエネルギーを達成する。他のガスクラスタイオン荷電状態および加速電位の場合、クラスタ毎の加速エネルギーはＶＡＣＣのｑ倍である。所与のイオン化効率を有する所与のイオン化装置から、ガスクラスタイオンはゼロ（未イオン化）〜６などのさらに高い値（またはイオン化装置効率がより高い場合はそれ以上）まで分布された荷電状態を有し、荷電状態分布のピークはイオン化装置効率の上昇（より高い電子束およびエネルギー）とともに増加する。イオン化装置効率が高いと、イオン化装置で形成されるガスクラスタイオンの数が増える。多くの場合、高効率でイオン化装置を動作する際にＧＣＩＢ処理量が増大する結果、ＧＣＩＢ電流が増加する。このような動作のマイナス面は、中サイズのガスクラスタイオンでの高荷電状態がイオンによる孔の形成を引き起こし、これらの孔の形成が処理の目的にとって逆効果に働く場合が多いことである。よって、多数のＧＣＩＢ表面処理法では、イオン化装置動作パラメータの選択は単にビーム電流を最大化するよりも多くの考慮事項を含む傾向がある。プロセスによっては、「圧力セル」（米国特許第７，０６０，９８９号、Ｓｗｅｎｓｏｎらを参照）を採用して、高圧「圧力セル」内でのガス衝突によるビームエネルギーを穏やかにすることによって許容可能なビーム処理性能を得つつ、高イオン化効率でイオン化装置を動作させる。
【００４４】
本発明では、高効率でイオン化装置を動作させることのマイナス面が発生しない。事実、このような動作が好ましいことがある。イオン化装置が高効率で動作するとき、イオン化装置によって生成されるガスクラスタイオンは幅広い荷電状態をとりうる。結果として、イオン化装置と加速電極間の抽出領域、およびビームの下流で、ガスクラスタイオンは幅広い速度を有する。このため、ビーム内のガスクラスタイオン間の衝突頻度が増し、通常は最も大きなガスクラスタイオンが高割合で断片化する。このような断片化はビーム内のクラスタサイズを再分配させ、小さなクラスタサイズの方に偏向させる。これらのクラスタ断片は新たなサイズ（Ｎ）に比例してエネルギーを保持するため、最初の非断片化ガスクラスタイオンの加速度をほぼ保持しつつエネルギーは小さくなる。衝突後の速度保持に伴うエネルギーの変化は実験で実証されている（たとえば、Ｔｏｙｏｄａ，Ｎ．らの「クラスタサイズは残留ガスとの衝突後におけるガスクラスタイオンのエネルギーおよび速度分布に依存する」、Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．＆  Ｍｅｔｈ．ｉｎ  Ｐｈｙｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｂ  ２５７（２００７）、６６２〜６６５ページで報告されている）。さらに、断片化はクラスタ断片内の電荷も再配分させる。一部の非荷電断片が生じやすく、複数の荷電ガスクラスタイオンがいくつかの荷電ガスクラスタイオンと場合によってはいくつかの未荷電断片とに断片化されることがある。本発明の中性ビーム実施形態の方法では、ビームラインの背景ガス圧は、良好なＧＣＩＢ送信のために通常利用される高圧を有するように構成することができる。圧力は、ガスクラスタイオンが背景ガス分子との複数の衝突を受けなければならないイオン化装置とワークピース間の十分に短い平均自由行程および十分に長い飛行行程を有するように構成することができる。Ｎ個のモノマーを含み、荷電状態ｑを有し、ボルトの電位低下を通じて加速されているガスクラスタイオンの場合、クラスタはモノマーにつき約ｑＶ／ＮｅＶのエネルギーを有する。最も小さなガスクラスタイオンを除き、このようなイオンと背景ガスモノマーの衝突の結果、ガスクラスタイオンに約ｑＶ／ＮｅＶのエネルギーを印加する。このエネルギーはガスクラスタイオンエネルギー全体とくらべて相当小さく、通常はクラスタを加熱してクラスタからモノマーを気化させる。このような大型クラスタの衝突は滅多にクラスタを断片化させず、クラスタを加熱してモノマーを気化させると考えられる。こうした気化モノマーは、モノマーが気化されたガスクラスタと略同一のエネルギーｑＶ／ＮｅＶと略同一の速度を有する。このような気化がガスクラスタイオンから生じると、電荷が残りのガスクラスタイオンと共に残る可能性が高い。よって、背景ガスの衝突後、大型のガスクラスタイオンは、おそらく小型の残ったガスクラスタイオンと共に移動するモノマーのクラウドに還元される場合がある。共に移動するモノマーはすべて、最初のガスクラスタイオンと同じ速度を有し、それぞれが略ｑＶ／ＮｅＶのエネルギーを有する。小さなガスクラスタイオンの場合、背景ガスモノマーとの衝突エネルギーは小さなガスクラスタを完全に激しく分離させる可能性が高く、このよう���場合、結果として生じるモノマーがビームと共に移動し続けるのか，あるいはビームから放射されるのかは不確実である。
【００４５】
ＧＣＩＢがワークピースに到達する前に、ビーム中の残りの荷電粒子（ガスクラスタイオン、特に小および中サイズのガスクラスタイオンと一部の荷電モノマーだが、残りの大型ガスクラスタイオンも含む）は中性ビーム成分から分離されて、ワークピースを処理する中性ビームのみを残す。好適な動作条件の場合、中性ビームはほぼ全体が中性ガスモノマーから成ることが測定された。
【００４６】
典型的な動作時、処理ターゲットに送達されるフル（荷電プラス中性）ビームのパワーに対して中性ビーム成分のパワーは約５％〜９５％であるため、本発明の分離方法および装置によって、フル加速荷電ビームのその運動エネルギーの部分を中性ビームであるターゲットに送達させることができる。
【００４７】
ガスクラスタイオンの分離とそれによる高中性モノマービームエネルギーの生成は、１）より高い加速電圧で動作することによって推進される。このため、任意の所与のクラスタサイズでのｑＶ／Ｎが増大する。また、２）高イオン化装置効率で動作することによって推進される。これによりｑを増大することによって任意の所与のクラスタサイズのｑＶ／Ｎが増大し、クラスタ間の荷電状態の差により、抽出領域におけるクラスタ−イオン衝突時のクラスタ−イオンが増大する。３）高ビームライン圧力または長ビーム行程で動作することによって推進される。これにより、所与のサイズのガスクラスタイオンの場合の背景ガス衝突の可能性が高まる。４）より高いノズルガス流で動作することによって推進される。この結果、クラスタ化およびおそらく未クラスタ化ガスのＧＣＩＢ軌道への輸送が増大する。拡張領域からワークピースまでのガスクラスタイオンビーム行程長とその領域の圧力との積は、発生するガスクラスタイオンの分離の度合いを決定する。３０ｋＶ加速の場合、１以上の平均ガスクラスタイオン荷電状態と圧力とビーム行程長の積、６ｘ１０−３トル−ｃｍ（２５℃）のイオン化装置パラメータは、（残りの荷電イオンからの分離後）中性エネルギーモノマーへと略完全に分離される中性ビームを提供する。圧力とビーム行程長との積をガスターゲット厚と特徴付けることが簡便であり慣習である。６ｘ１０−３トル−ｃｍは平方センチメートル当たり約１．９４ｘ１０１４のガス分子のガスターゲット厚に相当する。１例示の（限定ではない）実施形態では、背景ガス圧は６ｘ１０−５トルであり、ビーム行程長は１００ｃｍであり、加速電位は３０ｋＶであり、中性ビームは、ビーム行程の最後で略完全にモノマーに分離されると観察される。
【００４８】
中性ビームの測定は、ガスクラスタイオンビームの場合簡便である電流測定によって実行することができない。中性ビームパワーセンサは、ワークピースに中性ビームを照射する際に線量測定を簡易化するために使用される。中性ビームセンサはビーム（または任意で、ビームの既知のサンプル）を捕捉する熱センサである。センサの温度上昇速度はセンサのエネルギービーム照射から生じるエネルギー束に関連する。熱測定は、センサに入射するエネルギーの熱再放射が原因のエラーを避けるためにセンサの限られた範囲の温度内で実行しなければならない。ＧＣＩＢプロセスの場合、ビームパワー（ワット）はビーム電流（アンペア）×ビーム加速電圧ＶＡｃｃに等しい。ＧＣＩＢがある期間（秒）ワークピースを照射すると、ワークピースが受け取るエネルギー（ジュール）はビームパワーと照射時間の積である。拡張領域を処理する際のこのようなビームの処理作用は、領域（たとえば、ｃｍ２）全体に分散される。イオンビームの場合、照射イオン／ｃｍ２に関して処理量を明示することが従来から好都合であった。その場合、イオンは加速時に平均荷電状態ｑを有し、各イオンがｑＶＡｃｃｅＶ（ｅＶは約１．６×１０−１９ジュール）のエネルギーを担持するようにＶＡｃｃボルトの電位差を通じて加速されていることが既知である、あるいは推定される。よって、ＶＡｃｃによって加速されたイオン／ｃｍ２で明示される平均荷電状態ｑの場合のイオンビームの線量は、ジュール／ｃｍ２で表される容易に算出可能なエネルギー量に相当する。本発明で利用されるような加速ＧＣＩＢから得られる加速中性ビームの場合、加速時のｑの値とＶＡｃｃの値は、（後で形成され分離される）ビームの荷電部分と未荷電部分の両方で同一である。ＧＣＩＢの二つ（中性および荷電）部分のパワーは各ビーム部分の質量に比例して分割される。よって、本発明で採用されるような加速中性ビームの場合、等しい面積が等しい時間照射されるとき、中性ビームによって蓄積されるエネルギー量（ジュール／ｃｍ２）は必然的にフルＧＣＩＢによって蓄積されるエネルギー量よりも小さい。熱センサを使用してフルＧＣＩＢ  ＰＧのパワーと中性ビームＰＮのパワー（一般的にはフルＧＣＩＢの約５％〜９５％と考えられる）を測定することによって、中性ビーム処理線量測定で使用される相殺係数を算出することができる。ＰＮがＰＧのとき、相殺係数ｋは１／ａである。よって、ワークピースがＧＣＩＢから得られる中性ビームを用いて処理される場合、時間はＤイオン／ｃｍ２の量を達成するのに必要なフルＧＣＩＢ（荷電部分と中性ビーム部分を含む）の処理時間よりもｋ倍長く設定され、その場合、中性ビームとフルＧＣＩＢの両方によってワークピースに蓄積されるエネルギー量は同一である（ただし、二つのビームの粒子サイズの差異による処理作用の量的差異が原因で、結果は異なるかもしれない）。本願で使用されるように、このようにして相殺される中性ビーム処理線量は、Ｄイオン／ｃｍ２の量と等価のエネルギー／ｃｍ２を有すると説明されることがある。
【００４９】
線量測定用の熱パワーセンサと組み合わせてガスクラスタイオンビームから得られる中性ビームを使用することは、多くの場合、ガスクラスタイオンと中性ガスクラスタおよび／または中性モノマーの混合物を不可避で含み、ビーム電流測定を用いて線量測定のために従来測定されるフルガスクラスタイオンビームあるいは捕捉または分流部分と比べて有利である。利点をいくつか次に述べる。
【００５０】
１）線量測定は、ビームの総パワーが測定されるため、線量測定に熱センサを使用する中性ビームでより正確に行うことができる。線量測定に従来のビーム電流測定を採用するＧＣＩＢでは、線量測定にビームのイオン化部分の寄与のみが測定され採用される。ＧＣＩＢ装置の動作条件の分毎および環境毎の偏向によって、ＧＣＩＢの中性モノマーおよび中性クラスタの部分が変動する場合がある。これらの変動は結果的に工程の変動を招き、線量測定がビーム電流の測定によって行われる際に制御性が低下する可能性がある。
【００５１】
２）中性ビームを使用し、高絶縁材料および荷電作用によって損傷され得るその他の材料を含む任意の材料を、ターゲット中性電子源を設ける必要なく処理することができ、ワークピースがイオン化ビームによって運ばれた電荷により帯電するのを防止することができる。従来のＧＣＩＢを採用すると、電荷を低減するターゲット中性化が滅多に完全とならず、中性電子源自体、ワークピース加熱や、電子源での気化またはスパッタリングからの汚染などの問題を持ち込む場合が多い。中性ビームはワークピースに電荷を移送しないので、このような問題が軽減される。
【００５２】
３）エネルギーモノマーイオンを中性ビームから分離する大開口高強度の磁石などの追加の装置が必要とされない。従来のＧＣＩＢの場合、エネルギーモノマーイオン（およびその他の小さなクラスタイオン）がワークピースに運ばれて貫入し深い損傷をもたらすリスクが大きく、粒子とビームとを分離するために高価な磁気フィルタが常に必要とされる。本発明の中性ビーム装置の場合、すべてのイオンをビームから分離して中性ビームを生成するために、全モノマーイオンが元から除去される。
【００５３】
本発明の１実施形態は、植込み可能物体の表面の生物活性を向上させる方法であって、減圧チャンバに加速中性ビームを形成することと、前記減圧チャンバに物体を導入することと、物体が医療補綴物、医療植込み物、医療補綴物の部品、医療植込み物の部品、生体哺乳動物への植込みを目的としたその他の物体から成る群から選択され、植込み可能物体の表面の少なくとも一部がチタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択された材料を備え、物体の前記表面の少なくとも第１の部分に前記加速中性ビームを照射することと、を備える方法を提供する。
【００５４】
形成ステップは、イオン化ガスクラスタを備えるガスクラスタイオンビームを減圧チャンバに形成することと、ガスクラスタイオンビームを加速することと、ガスクラスタイオンビームを少なくとも部分的に中性化することと、少なくとも部分的に中性化されたガスクラスタイオンビームを中性部分と前記中性部分から分離して前記加速中性ビームを形成するイオン化部分とに分離することと、を備えることができる。分離ステップは静電分離手段の使用を備えることができる。該方法はガスクラスタイオンビームを少なくとも部分的に分離することを備えることができる。中性ビームは中サイズクラスタが実質上なくてもよい。中性ビームは実質上中性モノマービームとすることができる。中性ビームは中性ガスクラスタを備えることができる。
【００５５】
本発明の別の実施形態は、物体上またはその近傍で細胞増殖を誘発する方法であって、物体の表面の少なくとも一部を選択し、該部分がチタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択される材料を備えることと、減圧チャンバに加速中性ビームを形成することと、減圧の前または後に物体を前記減圧チャンバに導入することと、表面の少なくとも一部に加速中性ビームを照射することと、物体を減圧チャンバから取り外すことと、表面の少なくとも一部を生体細胞に対して露出することと、を備える方法を提供する。
【００５６】
本発明のさらに別の実施形態は、細胞を接着するために物体のポリエーテルエーテルケトンを備える表面の少なくとも一部を選択するステップと、加速中性ビームを減圧チャンバに形成するステップと、減圧の前または後に物品を減圧チャンバに導入するステップと、表面の少なくとも一部に加速中性ビームを照射するステップと、物体を減圧チャンバから取り外すステップと、表面の少なくとも一部を生体細胞に対して露出するステップと、を備える方法によって作製される接着細胞を有する、チタニア、チタン、チタン合金、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）から成る群から選択される材料を備える表面領域を有する物品を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明の理解を深めるため、他のおよび追加の物体と共に添付図面を参照する。
【００５８】
【図１】細胞の接着および増殖速度を比較するグラフである。
【図２】表面の細胞接着を示す、未処理チタン箔の表面部分の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】表面の細胞の接着／増殖向上を示す、本発明の実施形態によりＧＣＩＢ照射によって処理されたチタン箔の表面の一部の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４ａ−４ｆ】ＧＣＩＢ照射後の表面の細胞の接着／増殖向上を示す、本発明の実施形態に係る対照とＧＣＩＢ照射両方におけるガラス基板の表面部分の光学顕微鏡写真である。
【図５ａ−５ｉ】ＧＣＩＢ照射表面の細胞の接着／増殖向上を示す、本発明の実施形態により処理された対照、ＧＣＩＢ照射、市販細胞培養を含むポリスチレン基板の表面部分の光学顕微鏡写真である。
【図６ａ−６ｂ】ポリスチレン基板の表面部分の光学顕微鏡写真であり、未照射マスク部分とＧＣＩＢ照射部分との突き合わせ比較のためにＧＣＩＢ照射中に表面部分がマスクされており、ＧＣＩＢ照射部分で細胞の接着／増殖向上が向上している。
【図７ａ−７ｂ】ＰＴＦＥ基板の表面部分の電子顕微鏡写真であり、図７ａは非イオンビーム照射対照部分を示し、図７ｂはＧＣＩＢ照射部分を示し、ＧＣＩＢ照射部分が対照部分と比較して細胞の接着および／または増殖が大幅に向上している。
【図８】未照射およびＧＣＩＢ照射ＰＥＥＫ基板上の細胞の接着および増殖速度の比較を示すグラフである。
【図９】非晶質石英基板の表面部分の光学顕微鏡写真であり、未照射マスク部分とＧＣＩＢ照射部分との突き合わせ比較のためＧＣＩＢ照射中に表面の一部がマスクされており、ＧＣＩＢ照射部分と未照射部分の両方で細胞が高度に接着／増殖している。
【図１０】結晶サファイア基板の表面部分の光学顕微鏡写真であり、未照射マスク部分とＧＣＩＢ照射部分の突き合わせ比較のためにＧＣＩＢ照射中に表面の一部がマスクされており、ＧＣＩＢ照射部分で細胞が高度に接着／増殖している。
【図１１】ＰＥＴＥ布表面の一部の走査型電子顕微鏡写真であり、未照射マスク部分とＧＣＩＢ照射部分との突き合わせ比較のためにＧＣＩＢ照射中に布表面の一部がマスクされており、ＧＣＩＢ照射部分で細胞が優先的に接着している。
【図１２】ＧＣＩＢを使用するワークピースの処理用のＧＣＩＢ処理装置１００の要素を示す概略図である。
【図１３】ＧＣＩＢを使用してワークピース処理を行う別のＧＣＩＢ処理装置２００の要素を示す概略図であり、イオンビームの走査とワークピースの操作が採用されている。
【図１４】静電偏向板を使用して荷電ビームと非荷電ビームとを分離する、本発明の１実施形態に係る中性ビーム処理装置３００の概略図である。
【図１５】中性ビーム測定用に熱センサを使用する、本発明の１実施形態に係る中性ビーム処理装置４００の概略図である。
【図１６ａ−１６ｂ】ラット頭蓋冠に外科的に植え込まれた中性ビーム照射ＰＥＥＫディスクの組織横断面（図１６ａ）と対照（図１６ｂ）の光学顕微鏡写真９００および９２０であり、植込みから４週間後に新たな骨が相当程度成長している。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明の方法によるＧＣＩＢまたは中性ビーム処理の恩恵を受けて生物活性を高めることのできる幅広い様々な材料表面を示すため、例示の実施形態をいくつか開示する。これらの例は、本発明の適用が幅広く１つまたは数個の材料に限定されず、幅広い材料表面に広く活用できることを例示するために選択した。
【００６０】
［チタンの例示の実施形態］
チタン表面の向上を例示の実施形態で開示する。チタンは、哺乳動物への植込みを目的とした医療用物体でよく採用される材料である。０．０１ｍｍ厚のチタン箔サンプルをまず７０％イソプロパノールで２時間浄化した後、バイオセーフティキャビネットで一晩大気乾燥させた。浄化チタン箔サンプルは、通常の大気状態に露出されたチタンと同様、不十分かつ不完全であり得る極薄天然チタニア表面コーティングを有すると理解される。次に、箔サンプルを３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを使用して平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。次に、チタン箔（照射サンプルと対照サンプルの両方）を０．９ｃｍｘ０．９ｃｍの正方形に切断して、２４ウェルＭｕｌｔｉｗｅｌｌＴＭ  ポリスチレンプレート（ＢＤ  Ｆａｌｃｏｎ、３５１１４７）の個々のウェルの底に配置した（８つの対照正方形と８つのＧＣＩＢ照射正方形）。骨から得られたヒトの胎児骨芽細胞（ｈＦＯＢ１．１９、ＡＴＣＣ  ＣＲＬ−１１３７２）を二次培養し、約３５００の細胞を１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と０．３ｍｇ／ｍｌのＧ４１８抗生物質（Ｇｅｎｅｔｉｃｉｎとしても知られる）を追加した１ｍｌの（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社）ダルベッコの変法イーグル培地栄養混合物Ｆ−１２（ＤＭＥＭ／Ｆ１２）内の各チタン箔正方形上に配置し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。１日間と５日間の培養後、培地サンプルを取り出し、Ｐｒｏｍｅｇａ社のＣｅｌｌＴｉｌｔｅｒ（Ｒ）ＡＱｕｅｏｕｓ  Ｃｅｌｌ  Ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ  Ａｓｓａｙを製造業者の指示に従い使用して細胞を分析し、測定は４９０ｎｍ波長でＤｙｎｅｘ  ＯｐｓｙｓＭＲプレートリーダを用いて行った。その後、分析液をウェルから取り出し、少なくとも３０分間ウェル内でチタン箔正方形上に−２０℃に冷却したメタノールを置くことによって、チタン箔および細胞を定着させた。定着後、チタン箔正方形を大気乾燥させ、チタン箔正方形に接着する骨芽細胞をＨｉｔａｃｈｉのＴＭ１０００走査型電子顕微鏡で撮像した。結果が示すとおり、培養１日後に箔に接着した骨芽細胞は対照箔で６９４．５細胞±１６４．８細胞であり、ＧＣＩＢ照射箔で２０８２．３細胞±６０９．２細胞まで増大した（Ｐ＜０．００３）。骨芽細胞は増殖し、培養５日後、対照箔で１５９８．７細胞±７２８．４細胞、ＧＣＩＢ照射箔で３８９８．０細胞±９４０．９細胞であった（Ｐ＜０．００３）。
【００６１】
図１は、ｈＦＯＢ１．１９ヒトの胎児骨芽細胞が対照チタン箔よりもＧＣＩＢ照射チタン箔の方が高速で接着および増殖することを示すグラフである。
【００６２】
図２は５日間培養後の対照チタン箔の走査型電子顕微鏡写真である。図３は５日間の培養後のＧＣＩＢ照射チタン箔の走査型電子顕微鏡写真である。図２と図３の両方とも同一の倍率で同じ表面領域を撮像したものである。図２と図３の比較から分かるように、ＧＣＩＢ照射チタン箔（図３）は骨芽細胞接着の程度が進んでおり、さらに多くの骨芽細胞が分布して細胞間接触しているように見え、これは特に骨芽細胞や線維芽細胞などの足場依存細胞などの細胞の増殖を開始させる際の重要な要因であることが知られている。哺乳動物の身体への医学用／医療用植込み物体を形成する際に採用される材料（たとえばチタン）にＧＣＩＢを照射することによって、表面が改質されて細胞の接着および増殖がさらに誘発される。
【００６３】
この細胞の接着および増殖を促す物体表面とすることによって哺乳動物の身体または身体組織に植え込まれることを目的とした医療用物体の一体化を向上させる効果の採用には、１）一体化の向上が望ましい植込み用物体を特定するステップ、２）物体の全表面がそのような向上を必要とするのか、あるいは物体の表面の一部のみに向上を限定するのが好ましい（たとえば、骨への装着部分は接着の向上から恩恵を受けるが、球または寛骨臼カップの摺動部分は細胞接着の向上から恩恵を受けない股関節補綴物）のかを判定するステップ、３）一体化の向上が望まれる医療用物体の表面部分のみにＧＣＩＢを照射し、最終的に哺乳動物の身体に（一体化向上のために改質された）物体を医学的／外科的に植え込むステップが含まれる。当然ながら、医療用物体の全表面部分が一体化の向上から恩恵を受ける場合は、表面部分すべてにＧＣＩＢ照射を施すことが好ましい。
【００６４】
任意で、照射ステップの後かつ植込みステップの前に、一体化は、（体外）細胞を医療用物体の表面で成長させ接着させるステップを含むことによってさらに向上させることができる。これには、医療用物体を埋め込むことを目的とした個人の細胞の隔離、培養、体外接着を含むことができる、あるいは別の個人または幹細胞またはその他の多能性細胞（哺乳動物の同一または異なる種）の細胞の使用を含むことができる。
【００６５】
照射ステップは任意で、マスクまたは有向ビーム、あるいはＧＣＩＢ処理を物体の選択部分に限定するその他の方法の使用を含むことができる。
【００６６】
従来技術では、微細粗化チタン表面が骨芽細胞接着にとって優先的であることが証明されている。ＳＬＡチタンは一般的に骨植込み物材料として採用される。ＳＬＡ工程は親水性を高めると共に、表面を微細粗化する。ＳＬＡチタンおよび対照（平滑加工）チタンサンプルをＧＣＩＢ照射のあるなしで比較した。
【００６７】
平滑加工表面とＳＬＡ表面の両方のチタンサンプル（１ｃｍｘ１ｃｍｘ０．６ｍｍ）を、アルゴンＧＣＩＢ照射のある場合とない場合との両方で比較した。平滑加工表面とＳＬＡ表面は原子力顕微鏡測定法により粗度に関して特徴付けた。１平方マイクロメートルの走査領域にわたって評価された２種類の表面の平均粗度（Ｒａ）値を表１に示す。
【表１】
2014525817.tif 000003
【００６８】
平滑加工表面とＳＬＡ表面は、３０ｋＶの加速電圧で平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のアルゴンクラスタ線量でＧＣＩＢ照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。チタン片（条件毎に９サンプル、計３６サンプル）を２４のウェル皿の個々のウェルに配置し、約２５００の一次ヒト骨芽細胞を１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加した１ｍｌの（インビトロゲン社）ダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）中の各チタンサンプル上に配置し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。３日間、７日間、１０日間の培養後、条件毎に３つのサンプルを培地から取り出し、Ｐｒｏｍｅｇａ社のＣｅｌｌＴｉｌｔｅｒ（Ｒ）ＡＱｕｅｏｕｓ  Ｃｅｌｌ  Ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ  Ａｓｓａｙを製造業者の指示に従い使用して細胞を分析し、測定は波長４９０ｎｍでＤｙｎｅｘ  ＯｐｓｙｓＭＲプレートリーダを用いて行いサンプルへの細胞接着を評価した。その結果を表２に示す。
【表２】
2014525817.tif 000004
【００６９】
表２の結果が示すように、未照射平滑加工表面と未照射ＳＬＡチタン表面とで細胞増殖の差異はほとんどなかった。一方、両方のケース（平滑加工表面とＳＬＡ表面）で、ＧＣＩＢ照射表面では増殖が大幅に増加したことが分かる。さらに、増殖の向上はＳＬＡ（Ｒａ＝２０．０８ｎｍ）表面よりも平滑加工（Ｒａ＝８．３８ｎｍ）表面で目立って大きかった。ＳＬＡ工程での微細粗化は細胞の接着および増殖にとって好適な表面状態であるとこれまで考えられてきたが、ＧＣＩＢ照射は低粗度値（Ｒａ＜１０ｎｍ）でも優れた結果をもたらすことが明らかである。
【００７０】
［ガラスの例示の実施形態］
ガラス表面の改良を別の例示の実施形態で開示する。ガラスは、生物学的実験器具でよく採用される材料である。ガラスおよびガラス様またはガラス状材料は、哺乳動物への植込みを目的とした医療用物体を作製する際にも採用される。ガラスカバースリップ（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製ガラス２８６５−２５）形状の薄ガラス基板をまず７０％イソプロパノールで２時間浄化した後、大気乾燥させた。次に、ガラスサンプルを３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。ガラスカバースリップ（照射サンプルと対照サンプルの両方）に、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で、平方センチメートル当たり４００００個の当初密度で一次ヒト骨芽細胞を播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。ガラスカバースリップは最初の４時間、１時間毎に観察および撮像し（光学顕微鏡写真）し、細胞接着を観察した。４時間後、栄養混合物と未接着細胞を取り出し、新鮮な栄養混合物を追加したものと交換し、培養を継続した。追加の顕微鏡画像を播種から２４時間および４８時間後に撮影した。
【００７１】
図４ａ、４ｃ、４ｅは、細胞での播種から４時間、２４時間、４８時間（それぞれ）後に撮影された対照ガラスカバースリップの光学顕微鏡写真である。図４ｂ、４ｄ、４ｆは、細胞での播種から４時間、２４時間、４８時間（それぞれ）後に撮影されたＧＣＩＢ照射ガラスカバースリップの光学顕微鏡写真である。各時点での対照表面とＧＣＩＢ照射表面とを比較することによって、ヒトの胎児骨芽細胞が未照射対照と比較してＧＣＩＢ照射ガラスカバースリップ表面の方により多く接着し増殖していることは明らかである。
【００７２】
［ポリマーの例示の実施形態］
第１のポリマー表面の向上を別の例示の実施形態に開示する。ポリマー材料は、生物学的実験器具でよく採用される、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの材料である。また、ポリマー材料は哺乳動物への植込みを目的とした医療用物体を作製する際にも採用される。ペトリ皿（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社のＦｉｓｈｅｒｂｒａｎｄ、０８−７５７−１２）の形状のポリスチレン基板に３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。また、細胞培養皿（ＢＤ  Ｂｉｏｓｉｅｎｃｅｓ、３５３００３）の形状のポリスチレン基板を比較のために別のポリスチレン表面として採用した。細胞増殖の増強のために特別処理された表面を有する細胞培養皿が市販されている。３つのポリスチレンサンプル（照射ペトリ皿サンプルと対照ペトリ皿サンプルの両方、ならびに別の未照射細胞培養皿）に、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で平方センチメートル当たり２５００個の当初密度で一次ヒト骨芽細胞を播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。３つのポリスチレンサンプルを最初の４時間、１時間毎に観察および撮像し（光学顕微鏡）、細胞接着を観察した。４時間後、栄養混合物と未接着細胞を取り出し、新鮮な栄養混合物を追加した培地と交換して、培養を継続した。追加の顕微鏡画像を播種から２４時間および４８時間後に撮影した。
【００７３】
図５ａ、５ｄ、５ｇは、細胞播種から４時間、２４時間、４８時間（それぞれ）後に撮影した対照ポリスチレンペトリ皿の表面の光学顕微鏡写真である。図５ｂ、５ｅ、５ｈは、細胞播種から４時間、２４時間、４８時間（それぞれ）後に撮影したＧＣＩＢ照射ポリスチレンペトリ皿の光学顕微鏡写真である。図５ｃ、５ｆ、５ｉは再度細胞播種から４時間、２４時間、４８時間（それぞれ）後に撮影したＧＣＩＢ照射ポリスチレンペトリ皿の光学顕微鏡写真である。各時点でペトリ皿対照とＧＣＩＢ照射ペトリ皿表面および未照射細胞培養皿の表面とを比較することによって、ヒトの胎児骨芽細胞が、未照射ペトリ皿対照細胞または未照射細胞培養皿表面のいずれかと比較してＧＣＩＢ照射ガラスカバースリップ表面の方により多く接着していることが明らかである。
【００７４】
ペトリ皿（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｆｉｓｈｅｒｂｒａｎｄ、０８−７５７−１２）の形状の別のポリスチレン基板を部分的にマスクして、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量でＧＣＩＢ照射した。ポリスチレン表面の近傍に非接触シャドーマスクを採用した。未マスク部分はフルＧＣＩＢ線量を照射し、マスク部分はＧＣＩＢ照射を行わずに対照表面とした。その後、ペトリ皿に、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で平方センチメートル当たり２５００個の当初密度で一次ヒト骨芽細胞を播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。ポリスチレンペトリ皿は最初の４時間、１時間毎に観察し（ＧＣＩＢ照射と未照射領域の境界面の光学顕微鏡写真）、細胞接着を観察した。４時間後、栄養混合物と未接着細胞を取り出し、新鮮な栄養混合物を追加した培地と交換して、培養を継続した。追加の顕微鏡画像を播種から２４時間および４８時間後に撮影した。
【００７５】
図６ａおよび６ｂは、細胞播種から２４時間および４８時間（それぞれ）後に撮影され、マスク未照射領域と未マスクＧＣＩＢ照射領域との境界面で見た部分的にマスクされたポリスチレンペトリ皿の光学顕微鏡写真である。ＧＣＩＢ照射領域は図６ａおよび６ｂのそれぞれの左側であり、未照射対象領域は図６ａおよび６ｂのそれぞれの右側である。両時点で未照射領域とＧＣＩＢ照射領域とを比較することによって、ヒト胎児の骨芽細胞がポリスチレン表面の未照射（マスク）部分よりもＧＣＩＢ照射部分で多く接着し増殖していることが明らかである。
【００７６】
第２のポリマー表面の向上を別の例示の実施形態で開示する。ストリップ（縦３０ｍｍｘ横１０ｍｍｘ１．５ｍｍ厚）形状のポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）基板を半分マスクして、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを使用して平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。マスクは、ＰＴＦＥ表面近傍に非接触シャドーマスクを採用した。未マスク表面部分はフルＧＣＩＢ線量を照射し、マスク表面部分はＧＣＩＢ照射を行わずに対照表面とした。一次ブタ線維芽細胞は新鮮な前靱帯から採取した。ＰＴＦＥ表面全体（照射部分と対照部分）に平方センチメートル当たり５０００個の細胞の当初密度で一次ブタ線維芽細胞を播種し、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で２４時間接着させ、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。２４時間後、培地を取り出し、細胞をＩＸ燐酸塩緩衝食塩水で簡単にすすぎ、−２０℃で予め冷却したメタノールに１時間定着させた。ＧＣＩＢ照射部分と未ＧＣＩＢ照射対照部分のＰＴＦＥ表面をそれぞれＨｉｔａｃｈｉのＴＭ−１０００走査型電子顕微鏡で撮像した。結果が示すように、ＰＴＦＥ表面のＧＣＩＢ照射部分と未ＧＣＩＢ照射部分とでは細胞接着に明確な差異がある。
【００７７】
図７ａは、細胞播種から２４時間後に撮影したＰＴＦＥ基板の未ＧＣＩＢ照射対照表面の走査型電子顕微鏡写真である。図７ｂは、細胞播種から２４時間後に撮影したＰＴＦＥ基板のＧＣＩＢ照射表面の走査型電子顕微鏡写真である（いずれも定着後）。
【００７８】
図７ａは、細胞がＰＴＦＥ表面の未ＧＣＩＢ照射対照部分の１％未満に接着したことを示す。
【００７９】
図７ｂは、細胞がＰＴＦＥ表面のＧＣＩＢ照射部分の略１００％に接着したことを示す。
【００８０】
この表面への細胞接着に影響を及ぼす能力は、細胞増殖が限定領域にのみ望まれる多くの用途で非常に有効になり得る。たとえば、管腔表面にＧＣＩＢ照射して再内皮化させ、反管腔側表面の無傷（未照射）表面を維持することで平滑筋の成長およびプラーク形成を抑制する心血管ステントなどである。このようなステントはＰＴＦＥ、コバルトクロム合金、またはその他の材料から作製することができる。任意で、このようなステントの反管腔側表面に反管腔側表面での平滑筋（および／またはその他の細胞）の成長を阻む既知の技術を用いて薬剤を被覆することによって再狭窄のリスクを低減する。別の適用例は、神経再生等を促すシリコンゴム管のＧＣＩＢ照射である。
【００８１】
第３のポリマー表面改良を別の例示の実施形態で開示する。ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、多くの医療植込み物用途においてチタンにとって代わりつつある。ＰＥＥＫはチタンよりも柔軟性が高いため多数の用途（たとえば脊椎固定ケージの作製）で望ましい。ＰＥＥＫは略純粋なものを採用することができるが、炭素線維強化したもの（および他の材料とのコポリマー）も採用されてきた。ＰＥＥＫの欠点は、他のいくつかの材料（チタンを含む）のように細胞適合性および細胞活性がないことである。したがって、ＰＥＥＫ植込み物は必ずしも一体化したり好適だったりするわけではない。
【００８２】
ＰＥＥＫの適合性および生物活性は、細胞の接着および一体化が望ましい状況で材料を医療用植込みにより適するようにＧＣＩＢ照射によって改善される。０．００５インチ厚のＰＥＥＫシートを２時間７０％イソプロピルアルコールに配置することによって予め浄化し、その後１５分間再蒸留水で４回洗浄し、その後１５分間生物学的覆い内でＵＶ光を照射した。次に、ＰＥＥＫシートに平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のアルゴンガスクラスタイオン線量までアルゴンＧＣＩＢを照射し（あるいは対照として未照射のまま残し）、１／２インチ径の円形ディスクに切断してから、さらに１５分間ＵＶを照射した。ＰＥＥＫディスクを２４ウェル無菌ポリスチレンプレートの個々のウェル（プレートのプラスチックへの細胞接着を防止するため組織培養処理は行わない）に配置した。ヒト骨芽細胞を、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で、３０００個／ｍｌの濃度でＰＥＥＫディスク表面に播種氏、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。１ｍｌの細胞懸濁液を、ＰＥＥＫディスクにつき条件（照射／未照射）毎にｎ＝３で培養期間（４、７、１１日間）で播種した。細胞を２４時間すべてのＰＥＥＫディスクに接着させ、培地と未接着細胞を吸引し、新鮮な培地と交換してプレートを培養器に戻した。次いで、細胞を最大１１日間培養させる間、ＰＥＥＫディスク表面で接着および増殖させた。実験時間間隔毎に（播種から４日間、７日間、１１日間後）、ＰＥＥＫサンプルを顕微鏡で観察し、ＰＥＥＫ表面への約１００％細胞接着が生じていることを確認し、各ＰＥＥＫディスクをウェルと培地から取り出し、予め細胞または培地を含んでいない新しいウェルに配置した。製造業者の指示（Ｐｒｏｍｅｇａ社、Ｇ５４２１）にしたがいＭＴＳ／ＰＭＳ増殖分析試薬を有する新鮮な培地が細胞分析に使用され、測定は波長４９０ｎｍで動作するプレートリーダを用いて行った。吸光度読取り値は、ＭＴＳ／ＰＭＳ分析製造業者の手順にしたがい既知の細胞個数を使用して予め生成された較正曲線に基づき細胞個数に変換して、各ＰＥＥＫサンプル上の接着細胞の個数を特定した。各分析後、接着細胞を伴うＰＥＥＫサンプルを調査して、走査型電子顕微鏡調査と光学蛍光顕微鏡検査で撮像したＤＡＰＩ蛍光染色法とによってＰＥＥＫ上の細胞接着および細胞増殖を確認した。
【００８３】
図８は、上述のＰＥＥＫ増殖および接着実験結果の概要を示すグラフである。バー（標準偏差はエラーバーで示す）は、播種から１日、７日、１１日後の未照射対照ＰＥＥＫ表面とＧＣＩＢ照射ＰＥＥＫ表面のＭＴＳ／ＰＭＳ増殖分析を示す。１１日までに、対照（２，６７５±２７８細胞；ｐ＜０．０２８）と比較してＧＣＩＢ照射ＰＥＥＫ（４，９７５±３９７細胞）では細胞増殖に大きな増加が見られる。この結果が示すとおり、ＧＣＩＢ照射ＰＥＥＫ表面は、ＧＣＩＢ未照射ＰＥＥＫ表面よりも細胞の接着および増殖が進んでいる。
【００８４】
［非晶質石英の例示の実施形態］
非晶質石英表面工程を別の例示の実施形態で開示する。非晶質石英材は、生物学的実験器具でよく採用され、哺乳動物への植込みを目的とした医療用物体を作製する際にも採用される材料である。非晶質石英は、細胞の表面接着および増殖にとって非常に好適な材料であることが知られている。清浄かつ無菌非晶質石英基板を部分的にマスクしてから、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを使用して平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した。マスクは、石英表面近傍に非接触シャドーマスクを採用した。未マスク部分はフルＧＣＩＢ線量を照射し、マスク部分はＧＣＩＢ照射を行わずに対照表面とした。一次ブタ線維芽細胞は新鮮な前靱帯から採取した。非晶質石英表面に、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で平方センチメートル当たり５０００個の細胞の当初密度で一次ブタ線維芽細胞を播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。４時間後、培地と非接着細胞を取り出し、新鮮な培地と交換して培養を継続した。最初の４時間は１時間毎に、さらに最初の播種から６時間、２４時間、４８時間後に表面を観察および撮影した。
【００８５】
図９は、細胞播種から２４時間後に撮影され、マスク未照射領域と未マスクＧＣＩＢ照射領域の境界面で見た部分的にマスクされた非晶質石英基板の光学顕微鏡写真である。結果が示すように、線維芽細胞は中程度、ＧＣＩＢ照射側の非晶質石英表面に優先的に接着している。ＧＣＩＢ照射領域は図９の左側であり、未照射対象領域は図９の右側である。
【００８６】
［結晶サファイアの例示の実施形態］
（単結晶）結晶サファイア表面の向上を別の例示の実施形態に開示する。清浄かつ無菌結晶サファイア基板を部分的にマスクしてから、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを使用して平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した。マスクは、サファイア表面近傍に非接触シャドーマスクを採用した。未マスク部分はフルＧＣＩＢ線量を照射し、マスク部分はＧＣＩＢ照射を行わずに対照表面とした。一次ブタ線維芽細胞は新鮮な前靱帯から採取した。結晶サファイア表面に、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で平方センチメートル当たり５０００個の細胞の当初密度で一次ブタ線維芽細胞を播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。４時間後、培地と非接着細胞を取り出し、新鮮な培地と交換して培養を継続した。最初の４時間は１時間毎に、さらに最初の播種から６時間、２４時間、４８時間後に表面を観察および撮影した
【００８７】
図１０は、細胞播種から２４時間後に撮影され、マスク未照射領域と未マスクＧＣＩＢ照射領域の境界面で見た部分的にマスクされた結晶サファイア基板の光学顕微鏡写真である。ＧＣＩＢ照射領域は図１０の左側であり、未照射対象領域は図１０の右側である。未照射領域とＧＣＩＢ照射領域を比較することによって、ブタの線維芽細胞が結晶サファイア表面の未照射（マスク）部分よりもＧＣＩＢ照射部分により多く接着し増殖していることが明らかである。
【００８８】
サファイアなどの結晶材料のＧＣＩＢ照射は、極薄表面層（数十オングストローム）の部分的または完全な非晶質化を招くと考えられる。特定の理論に縛られることなく、照射によって得られる非晶質表面の改質は細胞の接着および増殖の促進に寄与すると思われる。こうした向上に寄与し得るその他の機構は、表面の湿潤性と親水性の向上、および／または材料の表面荷電状態の改質促進である。
【００８９】
［ポリマー単繊維／ポリマー布の例示の実施形態］
繊維、単繊維、布は、織り、編み、編組、および／またはその他の不職技法によってポリマーまたはコポリマー繊維から形成することができる。特定のポリマー布（最も有名なのがポリエチレンテレフタレート）は血管移植片の作製に非常に適した布である。織りポリエチレンテレフタレート（ポリ（エチレンテレフタレート）と称されることもあり、略称ＰＥＴまたはＰＥＴＥ）繊維の布は商品名の一つ、Ｄａｒｃｏｎと称されることもあり、一般的に血管移植片を作製する材料として採用される。別の例示の実施形態では、織りポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）布の表面改善が開示されている。ＰＥＴＥ布から作製される血管移植片布は、失血を低減するためにタンパク質（たとえばコラーゲンまたはアルブミン）が被覆される、および／または移植片感染を防止するために抗生物質が被覆されることがある。薬理学的または生物学的試薬を使用して再狭窄を低減しようとする大部分の戦略には、布表面での血管平滑筋細胞増殖の直接抑止が含まれる。しかしながら、その代わりに、平滑筋細胞増殖は損傷部位と移植片部位での再内皮化の促進によっても間接的に抑止することができる。これまで、再内皮化は遅いか不十分であることが多かった。本実施形態において、我々は、ＧＣＩＢ照射が再内皮化を促進するように材料の生体活性度を高めより好適なものにすることを証明するため。未被覆織りＰＥＴＥ布材料のＧＣＩＢ照射を評価した。
【００９０】
織りＰＥＴＥ布を１５ｍｍｘ３０ｍｍ片に切断した。片は半分をマスクして、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢ照射した。マスクは、ＰＴＦＥ布表面近傍で、各布片の片側を覆う非接触シャドーマスクを採用した。未マスク表面部分はフルＧＣＩＢ線量を照射し、マスク表面部分はＧＣＩＢ照射を行わず、対照表面とした。布片を個々のペトリ皿に配置し、生体マウス内皮細胞（ＥＯＭＡ細胞系）を布片当たり５００００個の当初密度でＰＥＴＥ布表面全体（照射部分と対照部分）に播種し、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）において２４時間の３７℃の加湿培養器中での培養中、接着させ。２４時間後、培地および未接着細胞を取り出した。１時間、−２０℃で冷却済みのメタノール１０分間ＰＥＴＥ布に置き、接着細胞を定着させた。次いで、布と接着したマウス内皮細胞を走査型電子顕微鏡で撮像した。マウス内皮細胞が接着したＰＥＴＥ布のＧＣＩＢ照射部分および未照射対照部分表面領域の両方とも、ＨｉｔａｃｈｉのＴＭ−１０００走査型電子顕微鏡を使用して撮像した。結果が示すように、ＰＥＴＥ織布表面のＧＣＩＢ照射部分と未ＧＣＩＢ照射部分とでは細胞接着に明確な差異がある。
【００９１】
図１１は、マウス内皮細胞の播種から２４時間後に（メタノール定着後）撮影されたＰＥＴＥ布表面の処理片の走査型電子顕微鏡写真である。画像左側のＰＥＴＥ布の部分は播種前に照射されていないＰＥＴＥ布のマスク部分である。画像右側のＰＥＴＥ布の部分は、細胞播種前にＧＣＩＢ照射が行われた部分である。
【００９２】
図１１は、ＰＥＴＥ布の未照射対照部分よりもＧＣＩＢ照射部分で目立ってマウス内皮細胞の再内皮化が進行していることを示す。ＥＯＭＡ細胞は、ＧＣＩＢ照射されたＰＥＴＥ布の部分に優先的に接着している。
【００９３】
ポリマーまたはコポリマー繊維／単繊維は手術用縫合糸として採用されることが多い。手術用縫合糸は単繊維であっても、複数の単繊維を備える多糸（撚りおよび／または編組）であってもよい。特定のポリマー単繊維（たとえばポリエチレンやポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル）が網組縫合糸に特に適する。多糸ポリエチレンテレフタレート（ポリ（エチレンテレフタレート）と称されることもある。略称ＰＥＴまたはＰＥＴＥ）繊維を備える構造は商品名の一つＤａｃｒｏｎと称されることもあり、一般的に非吸収性縫合糸の材料として採用される。一般的に使用される市販の非吸収性縫合糸の１つでは、ポリエステル材料（ポリエチレンテレフタレート）の網組複合材料が採用される。別の一般的に使用される市販の非吸収性縫合糸では、ポリエステルの網組撚り糸（ＵＨＭＷＰＥ）を被覆した多糸長鎖超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）コアが採用される。どちらの種類の市販縫合糸に関しても、我々はＧＣＩＢ照射の適用が材料の表面の生体活性を高め、縫合糸表面上での細胞の接着および増殖を向上させると評価した。
【００９４】
縫合糸材料のＧＣＩＢ強化の第１の評価では、Ｅｔｈｉｂｏｎｄ  Ｅｘｃｅｌ（米国ニュージャージー州サマービル、Ｅｔｈｉｃｏｎ社製）多糸網組ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）の２ｃｍ長の無菌縫合糸片に、条件（照射／未照射）毎にｎ＝３で、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり３．２ｘ１０１６のイオン線量までＧＣＩＢを照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。細胞播種のため、縫合糸片（照射および対照）を、縫合糸片毎に５００００個の濃度で間葉系幹細胞（ＭＳＣ）を含む個々の培地溝に配置し、２４時間接着させた。その後、縫合糸片を播種培地から取り出し、新鮮な培地の培養管に配置し、７日間培養した。播種から７日後、細胞のカウントを細胞増殖分析器（Ｐｒｏｍｅｇａ社、ＭＴＳ）を用いて行った。縫合糸は、未照射対照サンプルに関しては平均７６６７±６３０接着細胞を、ＧＣＩＢ照射サンプルに関しては平均１２４２９±３８２５接着細胞を発揮した（Ｐ＜０．０３）．
【００９５】
縫合糸材料のＧＣＩＢ強化の第２の評価では、Ｅｔｈｉｂｏｎｄ  Ｅｘｃｅｌ（米国ニュージャージー州サマービル、Ｅｔｈｉｃｏｎ社製）多糸網組ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＥ）の２ｃｍ長の無菌縫合糸片に、条件（照射／未照射）毎にｎ＝３で、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり６．７ｘ１０１６のイオン線量までＧＣＩＢを照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。細胞播種のため、縫合糸片（照射および対照）を、縫合糸片毎に１５００００個の濃度でＭＣ３Ｔ３／Ｅ１マウス前骨芽細胞を含む個々の培地溝に懸濁させて、２４時間接着させた。その後、縫合糸片を播種培地から取り出し、新鮮な培地の培養管に配置し、７日間培養した。播種から７日後、細胞のカウントを細胞増殖分析器（Ｐｒｏｍｅｇａ社、ＭＴＳ）を用いて行った。縫合糸は、未照射対照サンプルに関しては平均２７８３３±１３９５０接着細胞を、ＧＣＩＢ照射サンプルに関しては平均７４１９０±７６８６接着細胞を発揮した（Ｐ＜０．０００１）．
【００９６】
縫合糸材料のＧＣＩＢ強化の第３の評価では、ポリエステルの網組撚り糸（ＵＨＭＷＰＥ）を被覆した多糸長鎖超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）コアから成る繊維ワイヤ（米国フロリダ州ナポリ、Ａｒｔｈｒｅｘ社）縫合糸を採用した。２ｃｍ長の無菌縫合糸片に条件毎に（照射／未照射）ｎ＝３個で、３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて６．７ｘ１０１６のイオン線量までＧＣＩＢを照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。縫合糸片（照射および対照）を、縫合糸片毎に１５００００個の濃度でＭＣ３Ｔ３／Ｅ１マウス前骨芽細胞を含む個々の培地溝に懸濁させて、２４時間接着させた。その後、縫合糸片を播種培地から取り出し、新鮮な培地の培養管に配置し、７日間培養した。播種から７日後、細胞のカウントを細胞増殖分析器（Ｐｒｏｍｅｇａ社、ＭＴＳ）を用いて行った。縫合糸は、未照射対照サンプルに関しては平均６９０７１±１６９６３接着細胞を、ＧＣＩＢ照射サンプルに関しては平均２０８５９５±４８７３接着細胞を発揮した（ｐ＜０．０００１）．
【００９７】
各縫合糸評価において、ＧＣＩＢ照射縫合糸サンプルでの細胞の接着および増殖は、未照射対照サンプルと比べて大幅に高かった。この効果は高ＧＣＩＢ線量を照射されたＧＣＩＢ照射サンプルでより顕著であった。ＧＣＩＢ照射は、コーティング  タンパク質および／またはコラーゲン、フィブリン、またはポリエルリジンなどの接着因子の縫合糸への被覆（ＧＣＩＢ照射後）技術と組み合わせて使用することができる。縫合糸のＧＣＩＢ照射を採用して、手術後の原位置細胞接着の速度および程度を高めることができる。もしくは、手術部位に血管が存在しないために原位置細胞接着が行われないか、あるいは低速である状況下で接着と一体化を加速させるため、細胞を医療植込み前に原位置外でＧＣＩＢ照射縫合糸に接着させることができる。未照射部分を残しつつ、縫合糸の一部を（マスキングまたは有向照射ビームによって）選択的に照射することによって、選択的接着が望まれる状況下で接着向上作用を任意の特定の縫合糸の特定の所望部分に限定することができる。
【００９８】
［コバルトクロム合金の例示の実施形態］
コバルトクロム合金表面の向上を別の例示の実施形態で開示する。コバルトクロム合金は、哺乳動物への植込みを目的とした血管ステントなどの医療用物体でよく採用される材料である。コバルトクロムクーポンをまず２時間７０％イソプロパノールで浄化し、次に１５分間再蒸留水で４回洗浄し、次に生物学的覆い内で１５分間ＵＶ光を照射した。その後、コバルトクロム合金クーポンに３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン線量までＧＣＩＢを照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。次に、コバルトクロム合金クーポン（照射サンプルと対照サンプルの両方）を２４ウェルＭｕｌｔｉｗｅｌｌＴＭポリスチレンプレート（ＢＤ  Ｆａｌｃｏｎ、３５１１４７）の個々のウェルの底面に配置した（３つの対照クーポンンと３つのＧＣＩＢ照射クーポン）。１ｍｌの細胞懸濁液（生体マウス内皮細胞（ＥＯＭＡ細胞系）、２０００個／ｍｌ）を、条件（照射／未照射）毎にｎ＝３で各コバルトクロム合金クーポンに播種した。播種された細胞を、３７℃で加湿培養器での培養中、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）内に懸濁させた。
【００９９】
細胞を２４時間すべてのコバルトクロム合金クーポンに接着させ、その後、培地と未接着細胞を吸引し、新鮮な培地と交換して、プレートを培養器に戻した。続いて、あと１０日間培養させながら、細胞をコバルトクロム合金クーポンの表面に接着および増殖させた。１０日間の最後に、コバルトクロム合金クーポンを顕微鏡で観察し、コバルトクロム合金クーポン表面への約１００％細胞接着が生じていることを確認した。各クーポンをウェルと培地から取り出し、予め細胞または培地を含んでいない新しいウェルに配置した。製造業者の指示（Ｐｒｏｍｅｇａ社、Ｇ５４２１）にしたがいＭＴＳ／ＰＭＳ増殖分析試薬を有する新鮮な培地が細胞分析に使用され、測定は波長４９０ｎｍで動作するプレートリーダを用いて行った。吸光度読取り値は、ＭＴＳ／ＰＭＳ分析製造業者の手順にしたがい既知の細胞個数を使用して予め生成された較正曲線に基づき細胞個数に変換して、各コバルトクロム合金クーポン上の接着細胞の個数を特定した。分析が示すとおり、１０日間の最後に、ＥＯＭＡ細胞の増殖および接着は未照射対照クーポンで４４５２±８１７細胞、ＧＣＩＢ照射クーポンで７９００±１１６４細胞であった（ｐ＜０．０２）．
【０１００】
［加速ＧＣＩＢから得られる加速低エネルギー中性ビーム］
本発明のいくつかの実施形態では、絶縁性（およびその他の高感度）表面の処理のため、加速ガスクラスタイオンビームから得られる中性ビームが採用される。
【０１０１】
図１２はＧＣＩＢ処理装置１００の概略構造を示す。低圧容器１０２は３つの流体連通されたチャンバ：ノズルチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６、処理チャンバ１０８を有する。３つのチャンバはそれぞれ真空ポンプ１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃによって排気される。ガス保管シリンダ１１１に保管される加圧凝縮可能ソースガス１１２（たとえばアルゴン）はガス測定弁１１３および供給管１１４を通って貯留チャンバ１１６に流れ込む。貯留チャンバ１１６内の圧力（通常は数気圧）により、ガスはノズル１１０を通って略低圧真空へと放出され、超音速ガスジェット１１８を形成する。ジェット内の膨張から生じる冷却によって、ガスジェット１１８の一部はそれぞれが数個から数千個の弱く結合した原子または分子から成るクラスタへと凝結する。ガススキマ開口１２０は、クラスタジェットに凝縮されなかったガス分子とクラスタジェットとを部分的に分離することによって下流のチャンバへのガス流を制御するために使用される。下流チャンバ内の過剰な圧力は、ガスクラスタイオンの移送と、ビーム形成および送信のために採用され得る高電圧の管理とを阻害するために有害である。適切な凝縮性ソースガス１１２はアルゴンおよびその他の凝縮性希ガス、窒素、二酸化炭素、酸素、およびその他多くのガスおよび／またはガス混合物を含むがそれらに限定されない。超音波ガスジェット１１８内のガスクラスタの形成後、ガスクラスタの少なくとも一部はイオン化装置１２２でイオン化され、該装置は通常、一つまたはそれ以上の白熱フィラメント１２４（またはその他の適切な電子源）からの熱放射により電子を生成して、電子を加速および方向付けてガスジェット１１８内のガスクラスタと衝突させる電子衝撃イオン化装置である。電子とガスクラスタとの衝突によりガスクラスタの一部から電子が放射され、それらのクラスタを正イオン化させる。いくつかのクラスタは放射される二つ以上の電子を有し、複数でイオン化することができる。通常、加速後の電子数とそのエネルギーの制御は、起こり得るイオン化の数と、ガスクラスタの複数イオン化と単独イオン化との割合に影響を及ぼす。サプレッサ電極１４２および接地電極１４４はイオン化装置出口開口１２６からクラスタイオンを抽出し、それらを所望のエネルギー（通常は数百Ｖ〜数十ｋＶの加速電位）まで加速し集束させてＧＣＩＢ１２８を形成する。ＧＣＩＢ１２８がイオン化装置出口開口１２６とサプレッサ電極１４２間を横断する領域を抽出領域と称する。ガスクラスタを含有する超音波ガスジェット１１８の軸（ノズル１１０で決定）はＧＣＩＢ１２８の軸１５４と略同一である。フィラメント電源１３６は、イオン化装置フィラメント１２４を加熱するフィラメント電圧Ｖｆを供給する。アノード電源１３４は、フィラメント１２４から放射される熱電子を加速して、熱電子にクラスタ含有ガスジェット１１８を照射させてクラスタイオンを生成するアノード電圧ＶＡを供給する。抑制電源１３８はサプレッサ電極１４２にバイアスをかける抑制電圧Ｖｓ（数百〜数千ボルト）を供給する。アクセラレータ電源１４０は、ＶＡｃｃに等しい総ＧＣＩＢ加速電位となるように、サプレッサ電極１４２および接地電極１４４に対してイオン化装置１２２にバイアスをかける加速電圧ＶＡｃｃを供給する。サプレッサ電極１４２はイオン化装置１２２のイオン化装置出口開口１２６からイオンを抽出し、不所望の電子が下流からイオン化装置１２２に入るのを防止し、集束ＧＣＩＢ１２８を形成する役割を果たす。
【０１０２】
ＧＣＩＢ処理によって処理されるワークピース１６０、（たとえば）医療装置、半導体材料、光学素子、または他のワークピースは、ＧＣＩＢ１２８の経路に配置されるワークピースホルダ１６２に保持される。ワークピースホルダは処理チャンバ１０８に装着されているが、電気絶縁体１６４によって電気的に絶縁されている。よって、ワークピース１６０およびワークピースホルダ１６２に衝突するＧＣＩＢ１２８は導線１６８を通って線量プロセッサ１７０へと流れる。ビームゲート１７２は、軸１５４に沿ったワークピース１６０までのＧＣＩＢ１２８の送信を制御する。通常、ビームゲート１７２は（たとえば）電気的、機械的、または電気機械的であるリンク機構１７４によって制御される開放状態および閉鎖状態を有する。線量プロセッサ１７０はビームゲート１７２の開放／閉鎖状態を制御して、ワークピース１６０およびワークピースホルダ１６２が受け取るＧＣＩＢの線量を管理する。動作時、線量プロセッサ１７０はビームゲート１７２を開放させて、ワークピース１６０にＧＣＩＢを照射させる。通常、線量プロセッサ１７０はワークピース１６０とワークピースホルダ１６２に到達するＧＣＩＢ電流を統合して、積算ＧＣＩＢ照射線量を算出する。所定の線量で、線量プロセッサ１７０はビームゲート１７２を閉鎖して、所定の線量に達した時点で処理を終了する
【０１０３】
以下の説明では、簡潔化のため、上述の図の要素符号が、後述の図で説明なく使用される場合がある。同様に、上述の図に関して説明した要素が、後述の図で要素符号または追加の説明なく使用される場合がある。このような場合、類似の符号を付した要素は類似の要素であり、上述の特徴および機能を有し、本図面に示される要素符号を付していない要素の説明は、上述の図面に示される類似の要素と同一の機能を有する類似の要素を指す。
【０１０４】
図１３は、ＧＣＩＢを使用するワークピース処理用の別のＧＣＩＢ処理装置２００の要素を示す概略図であり、イオンビームの走査とワークピースの操作が採用されている。ＧＣＩＢ処理装置２００によって処理されるワークピース１６０は、ＧＣＩＢ１２８の経路に配置されるワークピースホルダ２０２に保持される。ワークピース１６０の均一処理を達成するため、ワークピースホルダ２０２は均一の処理に必要とされるようにワークピース１６０を操作すべく設計される。
【０１０５】
非平面状、たとえば、球状またはカップ状、円形、不規則、またはその他の非平坦な構造を有するワークピース表面は、ビーム入射に対してある範囲内の角度で配向させて、ワークピース表面にとって最適のＧＣＩＢ処理を達成することができる。処理の最適化と均一性のため、ワークピースホルダ２０２は、処理対象の非平面上表面全体がＧＣＩＢ１２８と適切に整合して配向されるように完全に連接させることができる。より具体的には、処理されるワークピース１６０が非平面状である場合、ワークピースホルダ２０２は連接／回転機構２０４によって回転運動２１０で回転させ、連接運動２１２で連接させることができる。連接／回転機構２０４は縦軸２０６（ＧＣＩＢ１２８の軸１５４と同軸である）を中心とした３６０度の回転と、軸２０６と垂直な軸２０８を中心とした十分な連接とを可能にし、ワークピース表面をビーム入射の所望の範囲内に維持する。
【０１０６】
特定の状況下では、ワークピース１６０のサイズに応じて、走査システムは、大きなワークピースに均一な照射を行うことが望ましい。ＧＣＩＢ処理には必要ない場合が多いが、直交した二対の静電走査板１３０および１３２が使用されて、拡張処理領域全体にラスタまたはその他の走査パターンを生成する。このようなビーム走査が実行されると、走査ジェネレータ１５６はリード対１５９を通じて対の走査板１３２にＸ軸走査信号電圧を、リード対１５８を通じて対の走査板１３０にＹ軸走査信号電圧を供給する。一般的に、走査信号電圧は、ＧＣＩＢ１２８をワークピース１６０の表面全体を走査する走査ＧＣＩＢ１４８に集束させる、異なる周波数の三角波である。走査ビーム画定開口２１４は走査領域を画定する。走査ビーム画定開口２１４は導電性であり、低圧容器１０２の壁に電気的に接続され、支持部材２２０によって支持される。ワークピースホルダ２０２は可撓導線２２２を介して、ワークピース１６０およびワークピースホルダ２０２を囲み、画定開口２１４を流れる全電流を回収するファラデーカップ２１６に電気的に接続される。ワークピースホルダ２０２は連接／回転機構２０４から電気的に隔離され、ファラデーカップ２１６は絶縁体２１８によって低圧容器１０２から電気的に隔離され低圧容器１０２上に搭載される。したがって、走査ビーム画定開口２１４を通過する走査ＧＣＩＢ１４８からの全電流はファラデーカップ２１６に回収されて、導線２２４を通って線量プロセッサ１７０まで流れる。動作時、線量プロセッサ１７０はビームゲート１７２を開放して、ワークピース１６０のＧＣＩＢ照射を開始する。通常、線量プロセッサ１７０はワークピース１６０およびワークピースホルダ２０２とファラデーカップ２１６に到達するＧＣＩＢ電流を統合し、単位面積当たりの積算ＧＣＩＢ照射線量を算出する。所定の線量で、線量プロセッサ１７０はビームゲート１７２を閉鎖して、所定線量が達成された時点で処理を終了する。所定線量の蓄積中、ワークピース１６０は、所望の表面全体の処理を確保するように連接／回転機構２０４によって操作することができる。
【０１０７】
図１４は、本発明の実施形態に係る中性ビーム処理装置３００の概略図であり、ＧＣＩＢの荷電部分と未荷電部分とを分離する静電偏向板を使用している。
ビームラインチャンバ１０７はイオン化装置、アクセラレータ領域、ワークピース処理領域を封入する。ビームラインチャンバ１０７は高導電性を有するため、圧力は全体を通じてほぼ一定である。真空ポンプ１４６ｂはビームラインチャンバ１０７を排気する。ガスは、ガスジェット１１８によって運ばれるクラスタ化ガスおよび非クラスタ化ガスの形状で、およびガススキマ開口１２０を通じて漏れる追加の未クラスタガスの形状でビームラインチャンバ１０７に流れ込む。圧力センサ３３０は、ビームラインチャンバ１０７から電気ケーブル３３２を介して圧力センサコントローラ３３４に圧力データを送信し、そこでビームラインチャンバ１０７内の圧力が測定および表示される。ビームラインチャンバ１０７内の圧力は、ビームラインチャンバ１０７へのガス流と真空ポンプ１４６ｂのポンピング速度とのバランスに依存する。ガススキマ開口１２０の径、ノズル１１０を通るソースガス１１２流、真空ポンプ１４６ｂのポンピング速度を選択することによって、ビームラインチャンバ１０７内の圧力は設計とノズル流とによって決定される圧力ＰＢに釣り合う。接地電極１４４からワークピースホルダ１６２へのビーム飛行行程はたとえば１００ｃｍである。設計および調節によって、ＰＢは約６×１０−５トル（８×１０−３パスカル）とすることができる。よって、圧力とビーム路長の積は約６×１０−３トル−ｃｍ（０．８パスカル−ｃｍ）であり、ビームのガス目標厚は平方センチメートル当たり約１．９４×１０１４のガス分子であり、これはＧＣＩＢ１２８でガスクラスタイオンを分離するのに有効であると考えられる。ＶＡｃｃはたとえば３０ｋＶとすることができ、ＧＣＩＢ１２８はその電位で加速される。一対の偏向板（３０２および３０４）がＧＣＩＢ１２８の軸１５４を中心にして配置される。偏向板電源３０６は導線３０８を介して正の偏向電圧ＶＤを偏向板３０２に供給する。偏向板３０４は導線３１２によって、電流センサ／ディスプレイ３１０を通じて電気的に接地させることができる。偏向板電源３０６は手動で制御可能である。ＶＤは、ゼロ電圧からＧＣＩＢ１２８のイオン化部分３１６を偏向板３０４上に完全に偏向させるのに十分な電圧（たとえば数千ボルト）まで調節することができる。ＧＣＩＢ１２８のイオン化部分３１６が偏向板３０４で偏向すると、結果として生じる電流ＩＤは導線３１２と表示用の電流センサ／ディスプレイ３１０とを流れる。ＶＤがゼロのとき、ＧＣＩＢ１２８は偏向されずにワークピース１６０およびワークピースホルダ１６２へと移動する。ＧＣＩＢビーム電流ＩＢはワークピース１６０およびワークピースホルダ１６２上で回収され、導線１６８および電流センサ／ディスプレイ３２０を通って流れ接地する。ＩＢが電流センサ／ディスプレイ３２０に示される。ビームゲート１７２はビームゲートコントローラ３３６によってリンク機構３３８を介して制御される。ビームゲートコントローラ３３６は手動で、あるいは電気的または機械的に所定値によって時間を調整され、所定のインターバルでビームゲート１７２を開放させることができる。使用時、ＶＤはゼロに設定され、ワークピースホルダに衝突するビーム電流ＩＢが測定される。���与のＧＣＩＢプロセス法での過去の経験に基づき、所与のプロセスでの最初の照射時間は、測定された電流ＩＢに基づき決定される。ＶＤは、すべての測定ビーム電流がＩＢからＩＤに移るまで増加され、ＩＤはＶＤの増加と共に増加しない。この時点で、最初のＧＣＩＢ１２８の分離成分を備える中性ビーム３１４がワークピースホルダ１６２を照射する。その後、ビームゲート１７２は閉鎖されて、ワークピース１６０が従来のワークピース装填手段（図示せず）によってワークピースホルダ１６２に配置される。ビームゲート１７２は所定の最初の放射期間、開放される。照射インターバル後、ワークピースを調査し、測定されたＧＣＩＢビーム電流ＩＢに基づき中性ビーム処理時間を較正するように処理時間を必要に応じて調節することができる。このような較正プロセス後、追加のワークピースは較正被爆期間を用いて処理することができる。
【０１０８】
中性ビーム３１４は、加速ＧＣＩＢ１２８の最初のエネルギーの反復可能部分を含む。最初のＧＣＩＢ１２８の残りのイオン化部分３１６は中性ビーム３１４から除去され、接地偏向板３０４によって回収される。中性ビーム３１４から除去されるイオン化部分３１６はモノマーイオンと中サイズのガスクラスタイオンを含むガスクラスタイオンとを含むことができる。イオン化プロセス中のクラスタ加熱、ビーム間衝突、背景ガス衝突、その他の原因（すべてがクラスタの侵食を招く）によるモノマー気化機構のため、中性ビームはほぼ中性モノマーから成り、分離された荷電粒子は大半がクラスタイオンである。発明者は、中性ビームの再イオン化と結果として生じるイオンの電荷質量比の測定とを含む適切な測定によってこのことを確認した。後で示すように、特定の優れた処理結果は、この中性ビームを用いてワークピースを処理することによって得られる。
【０１０９】
図１５は、本発明の実施形態に係る中性ビーム処理装置４００の概略図であり、中性ビーム測定用の熱センサを使用している。熱センサ４０２は低伝熱性アタッチメント４０４を介して、旋回軸４１２に装着された回転支持アーム４１０に装着される。アクチュエータ４０８は可逆性回転運動４１６を介して、熱センサ４０２が中性ビーム３１４またはＧＣＩＢ１２８を捕捉する位置と熱センサ４０２がビームを捕捉しない停止位置４１４との間で熱センサ４０２を移動させる。熱センサ４０２が停止位置（４１４で示す）にあるとき、ＧＣＩＢ１２８または中性ビーム３１４はワークピース１６０および／またはワークピースホルダ１６２の照射用の経路４０６に沿ったままである。熱センサコントローラ４２０は熱センサ４０２の配置を制御し、熱センサ４０２によって生成される信号の処理を実行する。熱センサ４０２は電気ケーブル４１８を通じて熱センサコントローラ４２０と連通する。熱センサコントローラ４２０は電気ケーブル４２８を通じて線量測定コントローラ４３２と連通する。ビーム電流測定装置４２４は、ＧＣＩＢ１２８がワークピース１６０および／またはワークピースホルダ１６２に衝突したときに導線１６８に流れるビーム電流ＩＢを測定する。ビーム電流測定装置４２４は電気ケーブル４２６を介して線量測定コントローラ４３２にビーム電流測定信号を伝達する。線量測定コントローラ４３２はリンク機構４３４を介して送信される制御信号に従い、ビームゲート１７２の開放および閉鎖状態の設定を制御する。線量測定コントローラ４３２は電気ケーブル４４２を介して偏向板電源４４０を制御し、ゼロ電圧とＧＣＩＢ１２８のイオン化部分３１６を偏向板３０４に完全に偏向させるのに十分な正電圧との間で偏向電圧ＶＤを制御することができる。ＧＣＩＢ１２８のイオン化部分３１６が偏向板３０４に衝突すると、結果として生じる電流ＩＤが電流センサ４２２によって測定され、電気ケーブル４３０を介して線量測定コントローラ４３２に伝達される。動作時、線量測定コントローラ４３２は熱センサ４０２を停止位置４１４に設定し、ビームゲート１７２を開放し、フルＧＣＩＢ１２８がワークピースホルダ１６２および／またはワークピース１６０に衝突するようにＶＤをゼロに設定する。線量測定コントローラ４３２はビーム電流測定装置４２４から送信されるビーム電流ＩＢを記録する。次に、線量測定コントローラ４３２は、熱センサコントローラ４２０から中継されるコマンドに従いＧＣＩＢ１２８を捕捉するように熱センサ４０２を停止位置４１４から移動させる。熱センサコントローラ４２０はセンサの熱容量と、温度が所定の測定温度（たとえば、７０゜Ｃ）に上昇したときの熱センサ４０２の測定した温度上昇速度とに基づき算出されるＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー束を測定し、算出したビームエネルギー束を線量測定コントローラ４３２に伝達し、線量測定コントローラ４３２は熱センサ４０２によって測定されたビームエネルギー束とビーム電流測定装置４２４によって測定されたビーム電流の較正を算出する。次に、線量測定コントローラ４３２は熱センサ４０２を停止位置４１４に停止させることによって熱三叉を冷却させ、ＧＣＩＢ１２８のイオン化部分による電流ＩＤがすべて偏向板３０４に伝達されるまで、正ＶＤを偏向板３０２に印加するよう命じる。電流センサ４２２は対応するＩＤを測定し、それを線量測定コントローラ４３２に伝える。また、線量測定コントローラは熱センサ４０２を停止位置４１４から移動させて、熱センサコントローラ４２０を介して中継されるコマンドに従い中性ビーム３１４を捕捉する。熱センサコントローラ４２０は予め決定された較正係数と温度が所定の測定温度まで上昇したときの熱センサ４０２の温度上昇速度とを用いて中性ビーム３１４のビームエネルギー束を測定し、中性ビームエネルギー束を線量測定コントローラ４３２に伝達する。線量測定コントローラ４３２は、中性ビーム３１４エネルギー束の熱測定とフルＧＣＩＢ１２８エネルギー束の熱測定の比である中性ビーム部分を算出する。通常動作時、約５％〜約９５％の中性ビーム部分が達成される。処理開始前に、線量測定コントローラ４３２は電流ＩＤも測定し、ＩＢとＩＤの最初の値間の電流比を決定する。処理中、最初のＩＢ／ＩＤ比を掛ける同時ＩＤ測定をＩＢの連続測定の代わりに使用して、線量測定コントローラ４３２による処理の制御中に線量測定のために使用することができる。よって、線量測定コントローラ４３２は、あたかもフルＧＣＩＢ１２８の実際のビーム電流測定が利用可能であるかのように、ワークピース処理中のビーム変動を相殺することができる。線量測定コントローラは中性ビーム部分を使用して、特定のビームプロセスの所望の処理時間を計算する。このプロセス中、処理時間は、プロセス中のビーム変動の修正のために較正ＩＤ測定値に基づき調節することができる。
【０１１０】
［加速低エネルギー中性ビームを使用するポリマーの例示の実施形態］
図８に示すＧＣＩＢ照射ＰＥＥＫ表面での骨芽細胞増殖の生体外増加に加えて、生体内試験が示すように、の骨成長は中性ビーム未照射ＰＥＥＫ対照表面よりも中性ビーム照射ＰＥＥＫ表面でより迅速に進行する。この効果を実証するため、ラットの臨界サイズ頭蓋冠欠損モデルを採用した。米国動物福祉法およびその修正条項にしたがい、実験用ドブネズミ（Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙ種）に麻酔し、無菌法で３．０ｍｍトレフィンドリルを使用してラットの頭蓋冠から円形ディスク状の骨を除去して臨界サイズ欠損（動物の寿命中、自然には治癒しないサイズの欠損）を形成した。欠損部位を充填するように３．１２５ｍｍ径および１ｍｍ厚の円形ＰＥＥＫディスクを植え込み、軟組織および皮膚を適切な層で閉鎖した。ネズミは対照群と試験群に分類した。対照群には無菌未照射ＰＥＥＫディスクを植え込んだ。試験群には１ｍｍ厚の円柱状縁部を除く３．１２５ｍｍの円形表面に中性ビームを照射した無菌ＰＥＥＫディスクを植え込んだ。対照群と試験群のデータを表３に示す。医療植込み後、傷は４週間で治癒した。４週間後、ネズミ（両群）を安楽死させ、組織の調査と評価のため組織サンプルを回収した。（対照および試験）植込み部位を有する未脱灰化無傷頭蓋冠を樹脂に埋め込み、微細研削して横断面を形成した。横断面を従来のヘマトキシリンおよびエオシン組織法で着色し、顕微鏡で調査して、植込み部位での骨成長形成を評価した。
【表３】
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【０１１１】
試験群では、群のメンバー６個のうち５つは、中性ビーム照射ＰＥＥＫディスクの外表面の骨形成程度は小〜中程度であった。対照群では、６個のうち２つが未照射ＰＥＥＫディスクの外表面でわずかな骨成長しか見られなかった。
【０１１２】
試験群の群２に関しては、図１５に示すものと類似の装置を使用して中性ビーム照射を実行した。図１５を参照すると、加速（３０ｋＶの加速電位ＶＡＣＣを使用）アルゴンＧＣＩＢ１２８が形成され、ＰＥＥＫディスク（ワークピース１６０）に向けられている。イオン化装置出口１２６からワークピース１６０までの距離（ビーム行程長）は約６１ｃｍであった。低圧容器１０２内の圧力は約６．７ｘ１０−５トルに維持し、圧力を形成する背景ガスはほぼアルゴンとした。よって、圧力とビーム行程長の積は約４．０９ｘ１０−３トル−ｃｍであり、イオン化装置出口１２６とワークピース１６０間の領域のアルゴンガスターゲット厚は平方センチメートル当たり約１．３２ｘ１０１４のアルゴンガスモノマーで、これはＧＣＩＢ１２８内でガスクラスタイオンを略完全に分離させるのに有効であるとみなされる。ＧＣＩＢ１２８の軸１５４を中心に配置した一対の静電偏向板（３０２および３０４）を使用して、すべての荷電粒子をビーム軸１５４から外に完全に偏向させ、中性ビーム３１４を形成し、ほぼ完全に分離させた。よって、中性ビーム３１４は加速モノマー中性アルゴンビームである。ＰＥＥＫディスクの片側が荷電粒子と未荷電粒子の両方（電荷分離による中性化なし）を含む加速（３０ｋＶ）ＧＣＩＢによる平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン照射で堆積されるはずのエネルギーと等価の中性ビーム堆積エネルギーを受け取るように、各円形側に送られる総中性ビーム線量を較正するため、熱センサ４０２を用いて線量測定を行った。
【０１１３】
図１６ａは、群１の対照群からのサンプルを表す横断面の光学顕微鏡写真９００であり、植込み治癒から４週間後のラットの頭蓋冠医療植込み部位における未照射ＰＥＥＫディスク９０４を示す。最初の頭蓋骨９０２は、未照射ＰＥＥＫディスク９０４を充填した円形開口部が横断面に見られる。未照射ＰＥＥＫディスク９０４は最初の頭蓋骨９０２の円形開口部との境界面９０８を有する。未照射ＰＥＥＫディスク９０４は外表面９０６を有していない。外表面９０６には目立った骨の再成長は観察されない。脳組織９１０も顕微鏡写真に見られる。
【０１１４】
図１６ｂは、群２からのサンプルを表す横断面の光学顕微鏡写真９２０であり、植込み治癒から４週間後のラットの頭蓋冠医療植込み部位における中性ビーム照射ＰＥＥＫディスク９２４を示す。最初の頭蓋骨９２２には、中性ビーム照射ＰＥＥＫディスク９２４が充填される円形開口部が横断面に見られる。中性ビーム照射ＰＥＥＫディスク９２４は最初の頭蓋骨９２２の円形開口部との境界面９２８を有する。中性ビーム照射ＰＥＥＫディスク９２４は中性ビーム照射外表面９２６を有する。骨の再増殖９３２が外表面９２６に観察される。顕微鏡写真には脳組織９３０も見られる。
【０１１５】
中性ビーム照射による第２のポリマー表面改良を別の例示の実施形態に開示する。クーポンの形状（１０ｍｍｘ１０ｍｍｘ１．５ｍｍ厚）のポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）基板に、３０ｋＶのＶＡＣＣで加速されたアルゴンＧＣＩＢから得られた中性ビームを照射した。各照射ＰＴＦＥクーポンの片側が荷電粒子と未荷電粒子の両方（電荷分離による中性化なし）を含む加速（３０ｋＶ）ＧＣＩＢによる平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン照射で堆積されるはずのエネルギーと等価の中性ビーム堆積エネルギーを受け取るように、各照射ＰＴＦＥクーポンに送られる総中性ビーム線量を較正するため、熱センサを用いて線量測定を行った。対照クーポンは未照射で残した。
【０１１６】
ＰＴＦＥの細胞適合性および生物活性は中性ビーム照射によって向上されて、細胞接着および一体化が望まれる状況下で材料を医療用植込みにより適したものにする。ＰＴＦＥクーポンを２時間７０％イソプロパノール中に配置して予め浄化し、次に１５分間再蒸留水で４回洗浄し、次にＵＶ殺菌した。次いで、ＰＴＦＥクーポンに中性ビームを照射し（あるいは対照として未照射とし）、再度ＵＶ殺菌した。ＰＴＦＥクーポンを２４ウェル無菌ポリスチレンプレートの個々のウェル（プレートのプラスチックへの細胞接着を防止するため組織培養処理は行わない）に配置した。
【０１１７】
生体マウス内皮細胞（ＥＯＭＡ細胞系）を、ウェル毎に２００００個／ｍｌの濃度でＰＴＦＥクーポン（３つの対照クーポンと６つの照射クーポン）に播種し、２４時間、３７℃で加湿培養器での培養中、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）と１％ペニシリン／ストレプトマイシンを追加したダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）で接着させた。細胞をすべてのＰＴＦＥクーポンで２４時間接着させた後、培地および未接着細胞を吸引して、製造業者の指示（Ｐｒｏｍｅｇａ社、Ｇ５４２１）にしたがい新鮮な培地をＭＴＳ／ＰＭＳ増殖分析試薬により細胞分析した。細胞分析の測定には、波長４９０ｎｍで動作するプレートリーダを使用した。ＭＴＳ／ＰＭＳ分析製造業者の手順にしたがい既知の細胞個数を使用して予め生成された較正曲線に基づき、吸光度読取り値を細胞個数に変換して、各ＰＴＦＥサンプル上の接着細胞の個数を特定した。各分析後、接着細胞を伴うＰＴＦＥサンプルを調査して、ＰＴＦＥ上の細胞接着および細胞増殖を確認した。
【０１１８】
未照射ＰＴＦＥ対照クーポンに関しては、平均分析された細胞接着  ｗａｓ  １７細胞  ｐｅｒクーポン（標準偏差３０６）．  照射ＰＴＦＥクーポンに関しては、平均分析された細胞接着  ｗａｓ  ４９０８細胞（標準偏差１７６６）．  対照群と照射群間の差は異分散Ｔ検定の適用で判定されたように統計上有意であった（ｐ＝０．０００８）。ＰＴＦＥ上の２４時間ＥＯＭＡ細胞接着は未照射サンプルと比較して中性ビーム照射サンプルで劇的に向上した。
【０１１９】
［加速低エネルギー中性ビームを使用するチタニアの例示の実施形態］
ＧＣＩＢ照射に関して上述した（図１〜３に示す）チタン表面での表面改良結果に加えて、追加の例示の実施形態では、チタニア表面を改良するとして、加速アルゴンＧＣＩＢから得られる加速中性ビームを開示する。チタンは、哺乳動物に植え込まれることを目的とする医療用物体で多用される材料である。加工表面を有するチタンクーポン（ＣＰグレード４．６ｍｍ径ｘ１ｍｍ厚）をまず７０％イソプロパノールで２時間浄化してから、一晩バイオセーフティキャビネット内で大気乾燥させた。チタン箔サンプルは、通常の大気状態に露出されたチタンと同様、不十分かつ不完全であり得る極薄天然チタニア表面コーティングを有すると理解される。次に、チタンクーポンに、３０ｋＶのＶＡＣＣで加速されたアルゴンＧＣＩＢから得られた中性ビームを照射−３０ｋＶの加速電圧で加速されたアルゴンＧＣＩＢを用いて平方センチメートル当たり５×１０１４のイオン線量までＧＣＩＢを照射した、あるいは対照として未照射のまま残した。各照射チタンクーポンの片側が荷電粒子と未荷電粒子の両方（電荷分離による中性化なし）を含む加速（３０ｋＶ）ＧＣＩＢによる平方センチメートル当たり５ｘ１０１４のイオン照射で堆積されるはずのエネルギーと等価の中性ビーム堆積エネルギーを受け取るように、各照射クーポンに送られる総中性ビーム線量を較正するため、熱センサを用いて線量測定を行った。
【０１２０】
次いで、チタンクーポン（時点毎にｎ＝８の照射サンプルと時点毎にｎ＝８の対照サンプルの両方）を４８ウェル無菌ポリスチレンプレートの個々のウェルの底面に配置した（プレートのプラスチックへの細胞接着を防止するため組織培養処理は行わない）。２０００個のヒト骨芽細胞を、ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）を追加した０．５ｍｌの（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社）ダルベッコの変法イーグル培地（ＤＭＥＭ）でチタンクーポンの表面に播種し、３７℃で大気中５％ＣＯ２で加湿培養器において培養した。培地は３、４日間毎に交換した。１日間、７日間、１４日間の時点で、培地サンプルを取り出し、Ｐｒｏｍｅｇａ社のＣｅｌｌＴｉｌｔｅｒ（Ｒ）ＡＱｕｅｏｕｓ  Ｃｅｌｌ  Ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ  Ａｓｓａｙを製造業者の指示に従い使用して細胞を分析し、測定は波長４９０ｎｍでＤｙｎｅｘ  ＯｐｓｙｓＭＲプレートリーダを使用して行った。吸光度測定値は、既知の細胞個数に基づく標準較正曲線を用いて細胞個数に変換した。細胞個数結果と平均値を表４に示す。
【表４】
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【０１２１】
表５は対照サンプルと照射サンプルの比較統計の概要である。ｐ値は対のＴ検定によって取得した。
【表５】
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【０１２２】
結果が示すとおり、骨芽細胞は７日および１４日後、統計的信頼度をもって、未照射対照クーポンよりも優先的に照射チタンクーポンで接着し増殖した。
【０１２３】
上述のいくつかの実施形態では、本発明の方法は、表面を向上させる、および／または生物活性および一体化を強化するその他の既知の方法、たとえば、制限なく、サンドブラスティング、酸エッチング、コーティングのプラズマ噴霧、ＣＯ２レーザ平滑化、機械的、超音波、プラズマ、化学的浄化技術などの様々な形式の浄化、界面活性剤の追加や異なる湿潤性特徴を有する膜またはコーティングの塗布、ＵＶ処理、ＵＶおよびオゾン処理、共有結合ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）、および抗体アンチ−ＣＤ３４および／またはアルギニン−グリシン−アスパラギン酸塩ペプチド（ＲＧＤペプチド）および／またはコラーゲンおよび／またはアルブミンなどのタンパク質生成物の塗布を含む方法との組み合わせをさらに含むことができる。このような組み合わせは本発明の範囲に含まれることを目的とする。
【０１２４】
本発明は例示のため、チタン箔、ガラス、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、石英、サファイア、ＰＥＴＥ布、コバルトクロム合金表面を採用すると説明されているが、医学的植込み用物体は、チタンおよび／またはチタン合金（酸化物コーティングを伴うまたは伴わない）、コバルトクロム合金、コバルト−クロム−モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、その他各種金属および合金、ポリエチレンおよびその他の不活性プラスチックを含むプラスチックまたはポリマーまたはコポリマー材料、固体樹脂材料、ガラス材料、織り、編み、および不職ポリマー／コポリマー布、骨やコラーゲンなどの生物材料、絹および天然繊維、チタニアを含む各種セラミック、および適用に適し、適切な生体適合性を有するその他の材料から形成されると理解される。本発明は医学的植込み用物体の分野における各種実施形態および用途に関して説明されているが、その用途は当該分野に限定されず、細胞の増殖や接着を促進するという表面のＧＣＩＢ照射および加速中性ビーム照射という概念は、当業者にとって自明なさらに広い範囲の用途を有することが発明者らによって理解される。このような広い用途は本発明の範囲に含まれることを目的とする。
【０１２５】
本発明は例示のため電荷感応材料であるＰＥＥＫおよびＰＴＦＥを処理するために加速ガスクラスタイオンビームから得られる中性ビームを使用するとして説明したが、このような中性ビーム表面処理の適用から得られる恩恵はＰＥＥＫおよびＰＴＦＥ材料に限定されず、制限なくガラス、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、石英、サファイア、ＰＥＴＥ布を含む多数の電荷感応材料や電気絶縁性または高抵抗性材料をも改良することが発明者らによって理解される。ポリエチレンやその他の不活性プラスチックを含むプラスチックまたはポリマーまたはコポリマー材料、固体樹脂材料、ガラス材料、織り、編み、および不職ポリマー／コポリマー布、骨やコラーゲンなどの生物材料、絹および天然繊維、チタニアを含む各種セラミック、適用に適し、適切な生体適合性を有し、荷電やイオンビームによる荷電損傷に弱いその他の材料から形成されるとき、中性ビーム処理の恩恵を受けると理解される。
【０１２６】
さらに、電気絶縁性を持たず、電荷感応ではない材料でも、チタニアの中性ビーム照射に関する例示の結果に示されるように、加速中性ビームでの処理によって表面を向上させることができることが分かる。電導性または絶縁性を有する幅広い材料の表面が中性ビーム処理およびＧＣＩＢ処理からの恩恵を受けることが発明者らによって理解される。また、本発明の範囲は、細胞適合性および生体適合性を向上させる、ＧＣＩＢおよびＧＣＩＢから得られる中性ビームによる各種表面の処理を含むと意図される。本発明は、本発明の精神と範囲および請求項に含まれる幅広い追加のおよびその他の実施形態を可能にすると理解すべきである。
【図２】
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【図３】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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