(57)【要約】  生理活性薬剤を、それを必要とする被験者に送達する装置を利用するための移植可能な送達装置および方法が記載されている。装置には、装置の表面に作成され、ナノトポグラフィーを形成する構造のパターンが含まれる。異なるサイズおよび／または形状の構造を含む複雑なパターンなど、無作為なまたは無作為でない構造のパターンを作成しうる。装置は、血管内インプラントまたは血管周囲インプラントなどの隣接する組織に配置でき、生理活性薬剤に対する免疫または異物反応を引き起こすことなく、生理活性薬剤を送達しうる。
2014530733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生理活性薬剤の被験者への送達用の移植可能な送達装置であって、前記装置が、
前記移植可能な送達装置の表面に作成された複数のナノ構造であって、前記ナノ構造が、所定のパターンで配置されているナノ構造と、
前記移植可能な送達装置内またはその上に生理活性薬剤とを含む装置。
【請求項２】
前記生理活性薬剤が組成物の成分であり、前記組成物が、一つ以上の医薬品として容認できる賦形剤および／または持続放出の基質をさらに含む、請求項１による移植可能な送達装置。
【請求項３】
前記パターンがさらにマイクロ構造を含み、前記ナノ構造が前記マイクロ構造よりも小さな断面寸法を持つ、請求項１または請求項２による移植可能な送達装置。
【請求項４】
前記マイクロ構造が、約５００ナノメートルを超える断面寸法を持ち、前記ナノ構造が約３００ナノメートル未満の断面寸法を持つ、請求項３による移植可能な送達装置。
【請求項５】
前記マイクロ構造の前記断面寸法よりも小さく、前記第一のナノ構造の断面寸法よりも大きい断面寸法を持つ第二のナノ構造をさらに備える、請求項３または請求項４による移植可能な送達装置。
【請求項６】
前記ナノ構造の一部分が、
ａ）中心間の間隔が約５０ナノメートル〜約１マイクロメートル、
ｂ）高さが約１０ナノメートル〜約２０マイクロメートル、
ｃ）アスペクト比が約０．１５〜約３０という特徴のうちの１つ以上を持つ、前記の請求項のいずれかによる移植可能な送達装置。
【請求項７】
前記パターンが約１を超えるフラクタル次元を持つ、前述の請求項のいずれかによる移植可能な送達装置。
【請求項８】
前記複数のナノ構造を含む、前記マイクロニードルの表面が、約１０ナノメートル〜約２００ナノメートルの平均表面粗さおよび／または約４  ＭＰａ〜約３２０  ＭＰａの有効圧縮係数を持つ、前述の請求項のいずれかによる移植可能な送達装置。
【請求項９】
前記装置がレザバーを備え、前記生理活性薬剤が前記レザバーに封じ込められている、前述の請求項のいずれかによる移植可能な送達装置。
【請求項１０】
前記装置が前記装置の表面に溝を備え、前記生理活性薬剤が前記溝内に封じ込められている、前述の請求項のいずれかによる移植可能な送達装置。
【請求項１１】
前述の請求項のいずれかの移植可能な送達装置を形成する方法であって、前記方法が、ナノ構造のパターンを前記装置の表面上に作成する手順を含む方法。
【請求項１２】
ナノ構造の前記パターンがフォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、自己組織化技術、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、被膜蒸着、スパッタリング、化学蒸着法、エピタキシー、電気メッキ、およびその組み合わせから構成される群から選択した技術により作成される、請求項１１による方法。
【請求項１３】
ナノ構造の前記パターンが、膜上に作成され、前記方法が、前記移植可能な送達装置の前記表面に前記膜を適用する手順をさらに含む、請求項１１による方法。
【請求項１４】
前記方法が、生理活性薬剤を前記装置内またはその上、例えば、前記装置のレザバー内、または前記装置の表面上に配置する手順をさらに含む、請求項１１による方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
生理活性薬剤（例えば、薬物または治療薬）を、標的の領域に活性状態でかつ有効濃度で標的を定めて送達する移植可能な装置は、念願の目標である。この目標に到達するには数多くの困難が克服されなければならない。例えば、装置は、希望の部位に、その局所領域に対して最低限の破壊で移植可能でならず、また生理活性薬剤は、いかなる自然境界も首尾よく越え、身体自体の防御システムによって検出や破壊がなされないような方法で装置から放出されなければならない。
【０００２】
血管内および血管周囲のインプラントなどの移植可能な装置は、生理活性薬剤を被験者の身体に提供するのに有用であることが判明している。残念ながら、こうしたインプラントの存在が、局所的な炎症につながることがよくあり、生理活性薬剤を標的とした被験者の身体による破壊のための免疫応答を起させ、送達が阻止されることがある。さらに、血管壁などの自然境界、心膜、およびその他の天然バリアは、バリアを越えた標的の組織への生理活性薬剤の送達を阻止することがある。
【０００３】
当技術で必要とされているのは、生理活性薬剤の送達のための装置および方法である。さらに具体的に言えば、必要とされるのは、生理活性薬剤を首尾よく送達でき、身体の独自の防御メカニズムによる生理活性薬剤の標的化も阻止できる移植可能な装置および方法である。
【発明の概要】
【０００４】
一つの実施態様に従い、生理活性薬剤を被験者に送達するための移植可能な送達装置が開示されている。装置は、移植可能な送達装置の表面に作成された、ナノ構造が所定のパターンに配列された複数のナノ構造を含むことができる。さらに、装置は、移植可能な送達装置内またはその上に生理活性薬剤を含むことができる。
【０００５】
また、移植可能な送達装置を形成するための方法が開示されており、その方法は、あるパターンのナノ構造を移植可能な送達装置の表面上に作成することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
当業者を対象とした、本主題の完全かつ実施可能な開示は、その最良の様式を含めて、本明細書の残りの部分でさらに具体的に記載されており、これは以下の添付図を参照する。
【図１Ａ】図１Ａは、本書に記載された移植可能な装置の一つの実施態様を図示する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの装置の一部分を図示する。
【図２】図２は、装置表面上に形成しうる複雑なパターンの一つの実施態様を図示する。
【図３】図３は、図２の複雑なパターンの複数の反復を含むパターン図示する。
【図４】図４は、シェピンスキー三角形フラクタルを図示する。
【図５】図５Ａ〜５Ｄは、複雑なフラクタルおよびフラクタル様ナノトポグラフィーを図示する。
【図６】図６は、装置表面上に形成しうる別の複雑なパターンを図示する。
【図７】図７は、正方形パッキング設計（図７Ａ）、六角形パッキング設計（図７Ｂ）、および円形パッキング設計（図７Ｃ）を含めた、本書に記載されたナノ構造用に利用されうる模範的なパッキング密度を図示する。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは、装置を形成する一つの実施形態で利用されうるナノインプリント法を模式的に図示する。
【図９Ａ】図９Ａは、本書に記載した移植可能な装置の一つの実施態様を図示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの装置の一部分を図示する。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｅは、本書に記載した複数のナノトポグラフィーパターンを図示する。
【図１１】図１１は、ナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１２】図１２Ａおよび１２Ｂは、別のナノパターン表面を含む膜の２つのＳＥＭである。
【図１３】図１３は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１４】図１４は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１５】図１５は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１６】図１６は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１７】図１７は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１８】図１８は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【図１９】図１９は、別のナノパターン表面を含む膜のＳＥＭである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここで、開示された主題の様々な実施形態への詳細な参照をするが、その一つ以上の例を以下に記載する。それぞれの例は、限定ではなく、説明の目的で提供されている。実際に、本主題の範囲または精神から逸脱することなく、現在の開示に様々な改造および変形をしうることが、当業者にとってあきらかとなる。例えば、一つの実施形態の一部として図示または記述された特徴は、別の実施形態で使用して、なおさらなる実施形態を生じうる。こうして、本開示は、添付した請求項の範囲およびそれらの等価物の範囲内に収まる改造や変形を網羅することが意図される。
【０００８】
移植可能な送達装置は、移植可能な送達装置の使用により、生理活性薬剤を内部的に被験者に送達する経路を提供する方法として描写されている。さらに具体的に言えば、移植可能な送達装置は、少なくともその一部分がナノメートルスケールで作成されている、表面上に作成された構造のパターンを含む。移植可能な送達装置は、装置からそれを必要とする被験者に送達するための装置の内部または表面にも生理活性薬剤を含む。移植可能な送達装置は、被験者への内部的な送達のための生理活性薬剤と共に装填可能なパッチ、ステント、スリング、およびこれに類するものを含みうる。
【０００９】
本書で使用するとき、「作成した」という用語は、一般に、移植可能な送達装置の表面に存在するように特定的に設計、技術開発、および／または構築された構造を意味し、単なる装置生成プロセスの偶発的な産物である表面の特徴とは同一ではない。こうして、移植可能な送達装置の表面上に所定のナノ構造パターンができる。
【００１０】
本方法および装置から利益を得ることのできる被験者には、生理活性薬剤の送達を必要とする任意の被験動物が含まれうる。例えば、被験者は、ヒトまたはその他任意の哺乳動物または内部的な生理活性薬剤の送達から利益を得ることのできる動物としうる。
【００１１】
移植可能な送達装置は、金属、セラミックス、半導体、有機物、ポリマーなど、およびその混合物を含む、多様な材料から構成しうる。一例として、製薬用ステンレス鋼、チタン、ニッケル、鉄、金、スズ、クロム、銅、これらまたはその他の金属の合金、ケイ素、二酸化ケイ素、およびポリマーを利用しうる。移植可能な送達装置は、表面上に本書に記載した構造パターンを有する能力のある生体適合性物質で形成される。「生体適合性」という用語は、一般に、移植可能な送達装置が位置する領域にある細胞または組織に実質的に有害な影響を及ぼさない物質を意味する。また、生存する被験者のその他任意の領域に、材料が実質的に医学的に望ましくないいかなる効果も及ぼさないことが意図される。生体適合性材料は、合成または天然の材料としうる。生物分解性でもある適切な生体適合性材料のいくつかの例には、乳酸およびグリコール酸ポリ乳酸などのヒドロキシ酸のポリマー、ポリグリコリド、ポリ乳酸−ｃｏ−グリコリド、ポリエチレングリコールとの共重合体、ポリ無水物、ポリ（オルト）エステル、ポリウレタン、ポリ（酪酸）、ポリ（吉草酸）、およびポリ（ラクチド−ｃｏ−カプロラクトン）が含まれる。その他の適切な材料には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸、酢酸エチレンビニル、ポリテトラフルオレチレン、およびポリエステルが含まれうるが、これに限定されない。移植可能な送達装置（またはその部分）は、本質的に非多孔または多孔質とすることができ、材料、幾何学形状、固体性などに関して装置全体にわたり均質または異質とすることができ、また強固に固定したまたは半固定の形状を持ちうる。
【００１２】
採用する材料に関係なく、移植可能な送達装置は、生理活性薬剤の血管（例えば、血管内腔）へ、消化管へ、または器官への送達においてなど、組織との相互作用のために使用しうる。例えば、移植可能な装置は、薬剤を器官組織へ、または組織の一つ以上の細胞タイプへの送達、組織の構造的支持、その他に使用しうる。移植可能な装置は、バリアの一つ以上の層、例えば血管壁を越えて物質を移動するための一つの実施態様に使用しうる。使用時、装置は、周囲の生物学的成分との相互作用や、細胞／細胞の相互作用、細胞内取り込み、炎症反応などに関連する細胞内および／または細胞間の信号伝達を調整または調節（すなわち、変更）する。
【００１３】
移植可能な送達装置は、異物または免疫応答を引き起こすことなく、薬物の内部的送達に利用しうる。さらに具体的に言えば、特定の任意の理論に束縛されるものではないが、装置の表面のナノトポグラフィーと、周囲の生体物質または構造との間の相互作用を通して、移植可能な送達装置、および装置により送達される生理活性薬剤は、身体の防御機構による標的となることを回避しうると考えられる。従って、移植可能な装置は、装置に対して起こる身体の自然防御機構のために、不活性となるか、移植後まもなく除去しなければならない、これまでに知られている移植可能な装置と比較して、より長期間にわたり生物学的薬剤を溶出できる。本書に記載した移植可能な装置は、より長い投薬を提供できるが、例えば、異物反応の回避により、数週または数か月（一つの実施例で約１２か月など）の期間にわたる活性の溶出ができる。
【００１４】
異物が、ある部位に移植され、異物として認識されると、細胞外基質材料および／またはプラズマタンパク質が異物に凝集することがある。異物に凝集する特定の材料によっては、これらの材料は、異物の封じ込めおよび／または異物の中和を含めた様々な反応を引き起こすことがある。例えば、送達装置（例えば、血管内ステント）が、血管壁と接触して保持され、異物として認識されると、一定の防御反応が起こる。
【００１５】
インプラントが異物として認識されたときの初期的な応答の一つは炎症である。炎症という結果は、免疫細胞および関連する細胞外材料の局所部位に対する補充の増加である。これらの材料には、インプラントと、その領域にあるその他任意の物体、例えば、反応の主要な誘導物質と関連する分子体の両方を異物としてマークできるタンパク質が含まれうる。従って、インプラントが異物として認識されると、一連の初期的な反応が起こる。これらの初期的な反応の中には、インプラントにより送達された生理活性薬剤に向けられた第二の反応を引き起こせるものもある。
【００１６】
移植可能な送達装置により送達された生理活性薬剤に向けられた自然防御機構には、タンパク質の生理活性薬剤への結合が含まれることがあり、これによってそれが異物としてマークされる。これらのマーク付けされた粒子が被験者の身体、例えば、脾臓や肝臓内を移動するとき、それらは、肝臓クリアランスによるなど、破壊および／または除去されるものとしてマークされうる。こうして、移植可能な装置が異物として認識されると、送達された生理活性薬剤の異物としての認識、および脾臓内や肝臓内への生理活性薬剤の蓄積につながることがあり、そのどちらも、被験者の身体から病原体をフィルタリング・除去するものである。
【００１７】
図１Ａは、典型的な移植可能な送達装置１０を図示するもので、この場合、例えば、血管内ステントとして利用されうる中空の装置である。装置１０の壁１２は、中実、多孔質とすることも、または装置１０の使用により送達される生理活性薬剤を封じ込めるための一つ以上のレザバーを含めることもできる。
【００１８】
図２は、装置１０の一部を図示する。図示したとおり、装置１０には、外壁１２ａと内壁１２ｂの間のレザバー１１、および例えば、レザバー１１から装置１０上の外部位置への薬剤の送達に利用されうる、例えば環状の穴のチャネル１６穴が含まれる。例えば、チャネル１６は、チャネル１６を通した血管の管腔への生理活性薬剤の通過を許容しうる。
【００１９】
存在するとき、チャネル１６の寸法は、生理活性薬剤を含む組成物の毛細管流動を誘発するよう特に選択しうる。毛細管流動は、一般に、チャネルの壁に対する流体の接着力が液体分子間の粘着力よりも大きいときに発生する。具体的には、毛細管圧は、チャネル１６の断面寸法に反比例し、液体の表面張力に、チャネルを形成する材料と接触する流体の接触角のコサインをかけたものに正比例する。こうして、装置内の毛細管流動を促進するために、チャネル１６の断面寸法（例えば、幅、直径など）は、選択的に制御でき、寸法が小さいほど一般に毛細管圧が高くなる。例えば、一部の実施形態において、チャネルの断面寸法は、一般的に、約１マイクロメートル〜約１００マイクロメートル、一部の実施形態において、約５マイクロメートル〜約５０マイクロメートル、および一部の実施形態において、約１０マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの範囲である。寸法は、一定とすることも、チャネル１６の壁の厚みの関数として変化させることもできる。レザバー１１の壁の厚みおよび全体的なサイズおよびチャネル１６を定義する内壁１２ｂは、生理活性薬剤の異なる体積、流量、および滞留時間に対応して変化しうる。例えば、内壁１２ｂの厚みは、約１０マイクロメートル〜約８００マイクロメートル、一部の実施形態において、約５０マイクロメートル〜約５００マイクロメートル、および一部の実施形態において、約１００マイクロメートル〜約３００マイクロメートルとしうる。チャネル１６の断面積も、変化しうる。例えば、断面積は、約５０平方マイクロメートル〜約１，０００平方マイクロメートル、一部の実施形態において、約１００平方マイクロメートル〜約５００平方マイクロメートル、および一部の実施形態において、約１５０平方マイクロメートル〜約３５０平方マイクロメートルとしうる。さらに、チャネルのアスペクト比（内壁の厚み／断面寸法）は、約１〜約５０、一部の実施形態において、約５〜約４０、および一部の実施形態において、約１０〜約２０の範囲としうる。断面寸法（例えば、幅、直径、など）および／または内壁の厚みが、内壁の厚みの関数として変化する場合、平均寸法からアスペクト比を決定できる。
【００２０】
また、当然ながら、レザバーから移植可能な送達装置の表面への出口を提供するチャネルの数も変化しうる。移植可能な送達装置に使用されるチャネルの実際の数は、例えば、約５００〜約１０，０００、一部の実施形態において、約２，０００〜約８，０００、および一部の実施形態において、約４，０００〜約６，０００の範囲としうる。
【００２１】
壁１２は、金属、セラミック、プラスチックまたはその他の材料を含むがこれに限定されない、剛性または柔軟性のある物質で構成しうる。さらに、外壁１２ａおよび内壁１２ｂは、同一または異なる材料で形成でき、また移植可能な送達装置には、装置１０全体に単一レザバー１１または複数のレザバーを含めることができる。さらに、単一のレザバーは、任意の適切なサイズおよび形状でありえ、例えば、装置壁１２の一部内または装置壁１２の実質的に全ての内部とすることができる。壁１２は、断面が中実であるか、または内壁、外壁、およびそれらの間のレザバーを含むかによらず、装置のニーズを満足する厚みが変化しうるが、約１０００マイクロメートル以下、一部の実施態様では約１〜約５００マイクロメートル、および一部の実施態様では、約１０〜約２００マイクロメートルなどである。
【００２２】
装置１０の表面は、その上に無作為なまたは整理されたパターンでのナノトポグラフィーを定義する複数の作成された構造を含みうる。図１Ａおよび１Ｂは、装置１０の外壁１２ａの表面上に定義されたナノトポグラフィー２６を模式的に図示する。この特定の実施形態では、ナノトポグラフィー２６は、装置１０の外部表面上に無作為なパターンを定義する。ただし、ナノトポグラフィーが装置上に形成される装置の表面は、いかなる方法でも限定されない。例えば、装置は、複数の作成された構造を装置の１つ、２つまたは全ての表面上に含むことも、複数の作成された構造を表面の一部分のみに含むこともできる。例えば、図１に図示した実施態様では、血管内ステントが図示されているが、ナノトポグラフィー２６は、移植時に血管壁と接触する装置の外部表面上に作成される。この実施態様では、装置の内部表面、すなわち、移植時に血管内腔に面する表面も、その上に作成されたナノトポグラフィーを含みうる。代替的に、血管内ステントの内部表面のみが、その上に定義されたナノトポグラフィーを含みうる。
【００２３】
血管周囲ステントの場合（その例は図９に図示）には、その表面が、装置を取り付けることができる血管壁と接触する装置表面となるため、ナノトポグラフィーは、装置の内部表面上に作成しうる。ただし、作成されたナノトポグラフィーは、また、あるいは代替的に、血管の外側の環境に面することになる、血管周囲ステントの外面に位置することもできる。
【００２４】
一般に、移植可能な送達装置には、少なくとも移植時に被験者の組織に対して配置される装置のその表面に、複数の作成された構造が含まれうる。さらに、当然ながら、生理活性薬剤の送達は、複数の作成された構造を含む装置の表面でなしうるか、または例えば、図１に示すとおり血管内ステントの内部表面、または図９に示すとおり血管周囲ステントの内部表面など、装置上の異なる位置とすることもでき、生理活性薬剤を血管壁を通して、血管内腔へと送達するために利用されうる。
【００２５】
移植可能な送達装置は、表面上に形成された複数の同一の構造を含むことも、また様々なサイズ、形状およびその組み合わせで形成された異なる構造を含むこともできる。所定のパターンの構造は、様々な長さ、直径、断面形状、および／または構造間の間隔を持つ構造を混合したものを含みうる。例えば、構造は、長方形または正方形のグリッドまたは同心円など、均一に間隔を置きうる。一つの実施形態において、構造は、サイズおよび／または形状に関して変化しえ、複雑なナノトポグラフィーを形成しうる。例えば、複雑なナノトポグラフィーは、フラクタルまたはフラクタル様の幾何学形状を定義しうる。
【００２６】
本書で使用するとき、「フラクタル」という用語は一般に、構造のある一定の数学的または物理的性質が、まるで構造の寸法が空間的寸法よりも大きいかのようにふるまうように、最大および最小のスケールの間で、全ての測定スケールで断片化された形状を持つ幾何学的または物理的構造を意味する。関心の数学的または物理的性質には、例えば、曲線の周囲や多孔質媒体内の流量が含まれうる。フラクタルの幾何学的形状は、部分に分割されうるが、各部が自己相似性を定義する。さらに、フラクタルは、再帰的定義を持ち、また任意に小さなスケールで微細な構造を持つ。
【００２７】
本書で使用するとき、「フラクタル様」という用語は、全てではないが一つ以上のフラクタルの特性を有する幾何学的または物理的構造を一般的に意味する。例えば、フラクタル様の構造は、自己相似の部分を含む幾何学的形状を含みうるが、任意の小さなスケールでの微細な構造は含まないことがある。別の例において、フラクタル様の幾何学的形状または物理的構造は、スケールの反復間でスケールが、フラクタルのようには一様には減小（または増大）しないことがあるが、パターンの幾何学的形状の再帰的な反復間での増大または減少はある。フラクタル様パターンは、フラクタルよりも単純でありうる。例えば、それは規則正しく、また従来的なユークリッド幾何学的言語で比較的簡単に記述しうるが、フラクタルはそうではないことがある。
【００２８】
複雑なナノトポグラフィーを定義する移植可能な送達装置表面は、同一の一般的形状（例えば、ピラー）の構造を含みえ、またピラーは、異なる測定スケール（例えば、ナノスケールのピラーおよびマイクロスケールのピラー）で形成しうる。別の実施形態において、装置は、表面に、スケールサイズおよび形状の両方が異なる構造、または形状のみが異なり、同一のナノスケールで形成された構造を含みうる。さらに、構造は、整理された配列または無作為な分布で形成しうる。一般に、構造の少なくとも一部分は、例えば、約５００ナノメートル未満、例えば、約４００ナノメートル未満、約２５０ナノメートル未満、または約１００ナノメートル未満の断面寸法を定義するナノサイズのスケールで形成されたナノ構造としうる。ナノ構造の断面寸法は、一般に、約５ナノメートルを超える、例えば、約１０ナノメートルを超える、または約２０ナノメートルを超えるものとしうる。例えば、ナノ構造は、約５ナノメートル〜約５００ナノメートル、約２０ナノメートル〜約４００ナノメートル、または約１００ナノメートル〜約３００ナノメートルの断面寸法を定義できる。ナノ構造の断面寸法がナノ構造の高さの関数として変化する場合、断面寸法は、ナノ構造のベースから先端までの平均として、または構造の最大断面寸法、例えば、錐状体の形状をしたナノ構造のベースの断面寸法として決定できる。
【００２９】
図２は、表面上に形成しうる複雑なナノトポグラフィーの一つの実施形態を図示する。この特定のパターンは、中央の大きなピラー１００および規則正しいパターンで提供された小さめの寸法の周囲のピラー１０２、１０４を含む。図示のとおり、このパターンは、ピラーの繰り返しを含み、そのそれぞれが、同一の一般的形状で形成されているが、水平の寸法に関しては異なる。この特定の複雑なパターンは、連続的な再帰的反復間に同一の変化を含まない、フラクタル様パターンの一例である。例えば、ピラー１０２は、マイクロ構造である大きい方のピラー１００の１／３の水平寸法を定義する第一のナノ構造である一方、ピラー１０４は、ピラー１０２の約１／２の水平寸法を定義する第二のナノ構造である。
【００３０】
異なるサイズの構造を含むパターンは、より大きいスケールで形成された断面寸法を持つ、より大きい構造、例えば、約５００ナノメートルを超える断面寸法を持つマイクロ構造を、より小さいナノ構造と組み合わせて含むことができる。一つの実施形態において、複雑なナノトポグラフィーのマイクロ構造は、約５００ナノメートル〜約１０マイクロメートル、約６００ナノメートル〜約１．５マイクロメートル、または約６５０ナノメートル〜約１．２マイクロメートルの断面寸法を持ちうる。例えば、図４の複雑なナノトポグラフィーは、約１．２マイクロメートルの断面寸法を持つマイクロサイズのピラー１００を含みうる。
【００３１】
パターンに、構造の平均断面寸法として、または構造の最大断面寸法としてのいずれかで決定される一つ以上のより大きいマイクロ構造、例えば、約５００ナノメートルを超える断面寸法を持つものなどが含まれる場合、複雑なナノトポグラフィーには、異なるサイズおよび／または形状などのナノ構造、例えば、第一のナノ構造、第二のナノ構造も含まれる。例えば、図２の複雑なナノトポグラフィーのピラー１０２は、約４００ナノメートルの断面寸法を持つことができ、ピラー１０４は、約２００ナノメートルの断面寸法を持ちうる。
【００３２】
ナノトポグラフィーは、任意の数の異なる要素で形成できる。例えば、要素のパターンには、２つの異なる要素、３つの異なる要素（その一例は図２に図示）、４つの異なる要素などを含みうる。それぞれの異なる要素の繰り返しの相対的な比率も変化しうる。一つの実施形態において、パターンの最小の要素は、より大きい要素よりもより大きい数で存在する。例えば、図２のパターンでは、各ピラー１０２について８個のピラー１０４があり、また中央の大きなピラー１００について８個のピラー１０２がある。要素のサイズが増大すると、ナノトポグラフィー内の要素の反復は一般的に少なくなりうる。一例として、第一の要素が断面寸法において第二の要素の約０．５倍、例えば、約０．３倍〜約０．７倍であれば、第二の要素よりも約５倍以上大きい要素がトポグラフィー内に存在しうる。第一の要素が断面寸法において第二の要素の約０．２５倍、または約０．１５倍〜約０．３倍であれば、第二の要素よりも約１０倍以上大きい要素がトポグラフィー内に存在しうる。
【００３３】
個別の要素の間隔も変化しうる。例えば、個別の構造の中心間の間隔は、約５０ナノメートル〜約１マイクロメートル、例えば、約１００ナノメートル〜約５００ナノメートルとしうる。例えば、構造間の中心間の間隔は、ナノサイズのスケールとしうる。例えば、ナノサイズ構造の間隔を考慮する際、構造の中心間の間隔は、約５００ナノメートル未満としうる。ただし、これはトポグラフィーの必要条件ではなく、また個別の構造はさらに離れて隔てることができる。構造の中心間の間隔は、構造のサイズに応じて変化しうる。例えば、２つの隣接した構造の断面寸法の平均の、それら２つの構造間の中心間の間隔に対する比率は、約１：１（例えば、接触）〜約１：４、約１：１．５〜約１：３．５、または約１：２〜約１：３としうる。例えば、中心間の間隔は、２つの隣接した構造の断面寸法の平均の約２倍としうる。一つの実施形態において、それぞれ約２００ナノメートルの断面寸法を持つ２つの隣接した構造は、約４００ナノメートルの中心間の間隔を持ちうる。こうして、この場合、直径の平均と中心間の間隔の比率は、１：２である。
【００３４】
構造の間隔は、同一、すなわち等距離でも、またはパターン内の構造について異なっていてもよい。例えば、パターンの最小の構造は、第一の距離で間隔を置くことができ、またこれらの最小の構造とパターンのより大きい構造との間の間隔、またはパターンの２つのより大きい構造間の間隔は、この第一の距離と同一またはそれとは異なるものとしうる。
【００３５】
例えば、図２のパターンでは、最小の構造１０４は、約２００ナノメートルの中心間の間隔を持つ。より大きいピラー１０２とそれぞれの周囲のピラー１０４との間の距離はさらに小さく、約１００ナノメートルである。最大のピラー１００とそれぞれの周囲のピラー１０４との間の距離も、最小のピラー１０４間の中心間の間隔よりも小さく、約１００ナノメートルである。もちろん、これは必要条件ではなく、すべての構造は、互いに等距離とすることも、または任意の距離の変化をもつこともできる。一つの実施形態において、異なる構造を、例えば、下記にさらに考察するとおり、互いの上に、または互いに隣接させて互いに接触させるなど、互いに接触させることができる。
【００３６】
トポグラフィーの構造は、全て同一の高さ、一般的に約１０ナノメートル〜約１マイクロメートルに形成しうるが、これは必要条件ではなく、パターンの個別の構造のサイズは、１つ、２つ、または３つの寸法に変化させうる。一つの実施形態において、トポグラフィーの一部または全ての構造は、約２０マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、または約１マイクロメートル未満、例えば、約７５０ナノメートル未満、約６８０ナノメートル未満、または約５００ナノメートル未満の高さを持ちうる。例えば、構造は、約５０ナノメートル〜約２０マイクロメートルまたは約１００ナノメートル〜約７００ナノメートルの高さを持ちうる。例えば、ナノ構造またはマイクロ構造は、約２０  ｎｍ〜約５００  ｎｍ、約３０  ｎｍ〜約３００  ｎｍ、または約１００  ｎｍ〜約２００  ｎｍの高さを持ちうるが、当然のことながら、構造は、断面寸法をナノサイズとし、高さをマイクロサイズの（例えば、約５００  ｎｍを超える）スケールで測定しうる。マイクロサイズの構造は、同一パターンのナノ構造と同一または異なる高さを持ちうる。例えば、マイクロサイズの構造は、約５００ナノメートル〜約２０マイクロメートル、または別の実施形態では約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの高さを持ちうる。マイクロサイズの構造は、約５００  ｎｍを超えるマイクロスケールの断面寸法を持ち、約５００  ｎｍ未満のナノサイズのスケールの高さを持ちうる。
【００３７】
構造のアスペクト比（構造の高さと構造の断面寸法の比率）は、約０．１５〜約３０、約０．２〜約５、約０．５〜約３．５、または約１〜約２．５としうる。例えば、ナノ構造のアスペクト比は、これらの範囲内に収まりうる。
【００３８】
装置の表面には、図２に示すとおりパターンの単一の例を含むことも、同一のまたは異なるパターンの複数の反復を含むこともできる。例えば、図３は、表面上に複数の反復のある図２のパターンを含む表面パターンを図示する。
【００３９】
表面上のナノトポグラフィーの形成は、対応する体積増大なしに、表面積を増大させうる。表面積の体積に対する比率の増大は、周囲の生物学的材料との表面の相互作用を向上させると考えられる。例えば、表面積の体積に対する比率の増大は、ナノトポグラフィーと周囲のタンパク質、例えば、細胞外基質（ＥＣＭ）タンパク質および／または原形質膜タンパク質との間の機械的な相互作用を促進すると考えられる。
【００４０】
一般に、本装置の表面積の体積に対する比率は、約１０，０００  ｃｍ−１を超える、約１５０，０００  ｃｍ−１を超える、または約７５０，０００  ｃｍ−１を超えるものとしうる。表面積の体積に対する比率の決定は、当技術で周知の任意の標準的方法論に従い遂行されうる。例えば、表面の比表面積は、吸着ガスとして窒素を用いた物理的ガス吸着法（Ｂ．Ｅ．Ｔ．法）により取得しうるが、これは、当技術で一般に周知のとおりであり、またＢｒｕｎａｕｅｒ，  Ｅｍｍｅｔ，  ａｎｄ  Ｔｅｌｌｅｒ（Ｊ．  Ａｍｅｒ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．，  ｖｏｌ．  ６０，  Ｆｅｂ．，  １９３８，  ｐｐ．  ３０９−３１９）に記載があり、これを参照し本書に組込む。ＢＥＴ表面積は、約５  ｍ２／ｇ未満、一つの実施形態では、例えば、約０．１  ｍ２／ｇ〜約４．５  ｍ２／ｇ、または約０．５  ｍ２／ｇ〜約３．５  ｍ２／ｇとしうる。表面積および体積の値は、表面を形成するために使用する型の幾何学形状から、標準的幾何学的計算に従い、推測することもできる。例えば、体積は、各パターン要素について計算した体積と、所定の領域内、例えば、単一のマイクロニードルの表面上のパターン要素の合計数をもとに推測できる。
【００４１】
表面に複雑なパターンナノトポグラフィーを定義する装置について、ナノトポグラフィーは、パターンのフラクタル次元の決定により特徴づけられうる。フラクタル次元は、再帰的反復がだんだんと小さいスケールで継続されたときに、フラクタルが空間をどれだけ完全に満たすように見えるかを示してくれる統計的量である。二次元構造のフラクタル次元は、次式で表現できる。
【数１】
2014530733.tif 000003
【００４２】
式中、Ｎ（ｅ）は、オブジェクトが各空間方向に１／ｅだけ縮小したときに、オブジェクト全体をカバーするために必要な自己相似構造の数である。
【００４３】
例えば、図４に図示したシェルピンスキーの三角形として知られる、正三角形の３つの辺の中点が結ばれ、その結果得られる内側の三角形が除去される二次元フラクタルを考慮するとき、フラクタル次元は次式として計算される。
【数２】
2014530733.tif 000004
【００４４】
こうして、シェルピンスキーの三角形のフラクタルは、当初の二次元正三角形に対する線の長さの増大を示す。さらに、この線の長さの増加は、対応する面積の増加を伴わない。
【００４５】
図２に図示されたパターンのフラクタル次元は、およそ１．８４である。一つの実施形態において、本装置の表面のナノトポグラフィーは、約１を超える、例えば、約１．２〜約５、約１．５〜約３、または約１．５〜約２．５のフラクタル次元を示しうる。
【００４６】
図５Ａおよび５Ｂは、別の例の複雑なナノトポグラフィーの段階的に拡大した画像を示す。図５Ａおよび５Ｂのナノトポグラフィーは、基材上に位置する繊維様のピラー７０の配列を含む。各個別のピラーの遠位端で、ピラーは、複数のより小さな繊維６０に分割される。これらのより小さなそれぞれの繊維６０の遠位端で、各繊維は再び複数のフィラメント（細糸）（図５Ａおよび５Ｂでは非表示）に分割される。約１を超えるアスペクト比を持つ、表面上に形成された構造は、図５Ａおよび５Ｂに図示した構造のとおり柔軟性を持たせることも、硬くすることもできる。
【００４７】
図５Ｃおよび５Ｄは、複雑なナノトポグラフィーの別の例を図示する。この実施形態では、それを貫く環状の中空７１をそれぞれ持つ複数のピラー７２が、基材上に形成される。それぞれの中空ピラーの遠位端に、複数のより小さなピラー６２が形成される。図示のとおり、図５Ｃおよび５Ｄのピラーは、その硬さと直立の方向性が維持されている。さらに、前のパターンと対比して、この実施形態のより小さなピラー６２は、より大きいピラー７２とは形状が異なる。具体的には、より小さなピラー６２は中空ではなく、中実である。こうして、異なるスケールで形成された構造を含むナノトポグラフィーは、全ての構造が同一の形状で形成されている必要はなく、また構造は、異なるスケールの構造とは、サイズと形状のどちらも異なりうる。
【００４８】
図６は、装置表面上に形成されうるナノサイズの構造を含む別のパターンを図示する。図示のとおり、この実施形態では、個別のパターン構造は、同一の一般的サイズで形成しうるが、互いに異なる方向および形状を持つ。
【００４９】
上述の方法に加えて、または代替的に、表面は、表面粗さ、弾性係数、および界面エネルギーを含むがこれに限定されない、その他の方法により特徴づけられうる。
【００５０】
表面粗さを決定するための方法は、一般に当技術で周知である。例えば、接触モードまたは非接触モードでの原子間力顕微鏡プロセスが、物質の表面粗さを決定する標準的方法に従い利用されうる。装置表面の特徴付けに利用されうる表面粗さには、平均粗さ（ＲＡ）、粗さの二乗平均平方根、歪み、および／または尖度が含まれうる。一般に、その上に作成したナノトポグラフィーを定義する表面の平均表面粗さ（すなわち、表面の高さの算術平均はＩＳＯ  ２５１７８シリーズで定義された粗さパラメータ）は、約２００ナノメートル未満、約１９０ナノメートル未満、約１００ナノメートル未満、または約５０ナノメートル未満としうる。例えば、平均表面粗さは、約１０ナノメートル〜約２００ナノメートル、または約５０ナノメートル〜約１９０ナノメートルとしうる。
【００５１】
装置は、ナノパターン表面の弾性係数により、例えば、ナノトポグラフィーを表面に追加した時点での弾性係数の変化により、特徴付けられうる。一般に、表面上へのナノサイズ構造の追加は、表面の連続性の減少、また関連する表面積の変化につながるため、表面上にナノトポグラフィーを形成した複数の構造を追加すると、材料の弾性係数が減少しうる。同一のプロセスに従い、また同一の材料で、ただし表面上のナノトポグラフィーのパターンについて形成された類似した表面と比較して、その上にナノトポグラフィーを含む装置表面は、約３５％〜約９９％、例えば、約５０％〜約９９％、または約７５％〜約８０％の弾性係数の減少を示しうる。一例として、ナノパターン表面の有効圧縮係数は、約５０  ＭＰａ未満、または約２０  ＭＰａ未満としうる。一つの実施形態では、有効圧縮係数は、約０．２  ＭＰａ〜約５０  ＭＰａ、約５  ＭＰａ〜約３５  ＭＰａ、または約１０  ＭＰａ〜約２０  ＭＰａとしうる。有効せん断係数は、約３２０  ＭＰａ未満、または約２２０  ＭＰａ未満としうる。例えば、有効せん断係数は、一つの実施形態では、約４  ＭＰａ〜約３２０  ＭＰａ、または約５０  ＭＰａ〜約２５０  ＭＰａとしうる。
【００５２】
その上にナノトポグラフィーを含む装置は、その上にナノトポグラフィーのパターンを定義する表面を持たない類似した装置表面と比較して、界面エネルギーの増大も示しうる。例えば、その上に形成されたナノトポグラフィーを含む表面は、同一の材料で、同一の方法で形成されているが、表面上のナノトポグラフィーのパターンを含めたものについての類似した表面と比較して、界面エネルギーの増大を示しうる。例えば、その上にナノトポグラフィーを含む表面の水接触角は、約８０°を超える、約９０°を超える、約１００°を超える、または約１１０°を超えうる。例えば、表面の水接触角は、一つの実施形態では約８０°〜約１５０°、約９０°〜約１３０°、または約１００°〜約１２０°としうる。
【００５３】
装置の表面にナノ構造を形成するとき、構造のパッキング密度は、最大化されうる。例えば、正方形パッキング（図７Ａ）、六角形パッキング（図７Ｂ）、またはその何らかの変形が、基材上での要素のパターン化に使用されうる。断面積Ａ、Ｂ、およびＣの様々なサイズの要素が基材上で互いに隣接したパターンを設計するとき、図７Ｃで示した円形パッキングが利用されうる。もちろん、パッキング密度の変更および関連性のある表面特性の変化の決定は、十分に当業者の能力範囲内である。
【００５４】
装置の表面に作成したナノトポグラフィーを含む装置は、単一手順のプロセスに従い形成しうる。代替的に、ナノ構造のパターンが、予め形成された表面上に作成される複数の手順のプロセスを使用しうる。例えば、装置をまず形成してから、無作為なまたは無作為でないナノ構造のパターンを形成済みの装置の表面上に作成しうる。単一手順または２手順のどちらのプロセスでも、構造は、ナノインプリント技術、射出成形、リソグラフィー、エンボス成形などを含むが、これに限定されない任意の適切なナノトポグラフィー製造方法に従い、表面上または型表面上に作成しうる。
【００５５】
一つの実施形態によれば、表面上に作成されたナノトポグラフィーを含む移植可能な装置には、超高精度レーザー加工技術を利用したナノインプリントリソグラフィー法による単一手順プロセスで形成でき、その例は、Ｈｕｎｔ，  ｅｔ  ａｌ．  （米国特許第６，９９５，３３６号）およびＧｕｏ，  ｅｔ  ａｌ．  （米国特許第７，３７４，８６４号）に記載があり、その両方を参照し本書に組込む。ナノインプリントリソグラフィーは、ナノインプリントリソグラフィー型およびフォトリソグラフィーマスクの両方の役目をするハイブリット型が利用されるナノスケールリソグラフィー技術である。ナノインプリントリソグラフィー技術の図式を、図８Ａ〜８Ｃに図示する。製造時、ハイブリット型３０が、加えられた圧力によって基材３２に押し付けられ、特徴（例えば、ナノトポグラフィーを定義する表面）がレジスト層（図８Ａ）に形成される。一般に、基材３２の表面は、型３０との噛み合わせの前に、そのガラス転移温度（Ｔｇ）より高い温度に加熱しうる。ハイブリット型３０が、基材３２と噛み合っている間、粘性ポリマーの流れが、型空隙内に強制的に入れられ、特徴３４（図８Ｂ）が形成されうる。次に、型および基材は、紫外線にさらされうる。ハイブリット型は、一定の妨げられた領域を除き、一般にＵＶ放射を透過する。こうして、ＵＶ放射は、透過性の部分を通過し、レジスト層に入る。型および基材の冷却時には圧力が維持される。次に、ハイブリット型３０が、基材およびポリマーのＴｇよりも低い温度に冷ました基材３２から除去される（図１０Ｃ）。
【００５６】
図１０Ｃに示すとおり、型３０の界面エネルギーが低くなり、その結果、型３０、基材３２、およびポリマー間での界面エネルギーの差異が大きくなると、材料間での放出を容易にしうるため、作成した特徴３４を含むナノインプリント基材３２の、型３０からの放出を促進するには、型３０を低エネルギーの被覆で処理し、基材３２との接着を低減することが有益である。一例として、トリデカ−（１，１，２，２−テトラヒドロ）−オクチトリクロロシラン（Ｆ１３−ＴＣＳ）などの、ケイ素型被覆を使用しうる。
【００５７】
模範的な２手順の生成プロセスによれば、膜の表面に複数のナノ構造を定義する膜を形成することができ、またその後、予め形成した移植可能な装置の表面に膜を適用しうる。例えば、希望のナノトポグラフィーを含むパターンを、上述のフォトリソグラフィー技術に従い、型上に形成することができ、この型は、その上にナノ構造を定義している高分子フィルムを形成するために利用しうる。形成に続き、膜は、希望に応じて成形（例えば、切断）して、例えば、熱および圧力をかけることにより、膜のナノ構造を変形させることなく、膜を装置の表面に融合するなど、移植可能な装置の表面に適用しうる。
【００５８】
構造は、化学的添加プロセスに従い、型上に、または膜または装置に直接のいずれかの方法で形成することもできる。例えば、被膜蒸着、スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、エピタキシー（気相、液相、および分子線）、電気メッキなどを、表面上への構造の構築に利用できる。
【００５９】
当技術で周知の自己組織化単層プロセスを、表面上の構造のパターンの形成に利用できる。例えば、自己組織化するブロック共重合体の能力を、表面上への単層パターンの形成に使用することができる。次に、パターンは、単層のパターンに従い、希望の構造（例えば、コロイド）の成長のためのテンプレートとして使用することができる。
【００６０】
一例として、二次元の架橋ポリマーネットワークを、２つ以上の反応部位を持つモノマーから生成できる。こうした架橋単層は、自己組織化単層（ＳＡＭ）（例えば、金／アルキルチオールシステム）またはラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ）単層テクニック（Ａｈｍｅｄ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  １８７：  １４１−１５３（１９９０））といった当技術で既知の技術を使用して製造されてきた。単層は、架橋とすることができ、これが、より構造的に強固な単層の形成につながりうる。
【００６１】
パターン化した単層を形成するために使用されるモノマーは、希望する重合技術および／または単層生成技術に影響するのに、また全体的な溶解性、解離方法、およびリソグラフィー法などの性質に影響を及ぼすのに必要な全ての構造的部分を組み込むことができる。モノマーは、少なくとも１つ、より頻繁には少なくとも２つの反応性官能基を含みうる。
【００６２】
有機単層を形成するために使用される分子には、メチレン基の鎖が散在する任意の様々な有機官能基が含まれうる。例えば、分子は、パッキングを促進するメチレン鎖を含む長鎖炭素構造としうる。メチレン基間のパッキングによって、弱いファンデルワールス結合の発生が許容されることがあり、生成された単層の安定性が強化され、秩序相の形成に関連したエントロピーのペナルティが相殺される。さらに、形成された単層上の構造の成長が許容されるようにするために、水素結合部分などの異なる末端部分が、分子の一つの終端に存在しうるが、その場合、重合可能な化学的部分は、鎖の中央または反対側の終端に配置しうる。集合体の形成に、何らかの適切な分子識別化学反応を使用しうる。例えば、構造は、静電的相互作用、ファンデルワールス相互作用、金属キレート化、配位結合（すなわち、ルイス酸／塩基相互作用）、イオン結合、共有結合、または水素結合に基づき、単層上に集合しうる。
【００６３】
ＳＡＭベースのシステムを利用するとき、追加的な分子が、テンプレートを形成するために利用できる。この追加的な分子は、ＳＡＭを形成するためにその終端の一つに適切な官能基を持ちうる。例えば、金の表面上に、末端チオールを含みうる。複製に影響を及ぼすために採用しうる非常に多様な有機分子がある。ジエンおよびジアセチレンなどのトポケミカル的に重合可能な部分は、重合可能な成分として特に望ましい。これらは、様々な長さのメチレンリンカーと共に散在する。
【００６４】
ＬＢ単層では、分子識別部分が、ＬＢ生成の目的で極性官能基としての役目もできるため、１つのモノマー分子のみが必要である。リソグラフィーは、基質に転移したＬＢ単層上で、または直接的にトラフ内で実行できる。例えば、ジアセチレン単量体のＬＢ単層は、マスクを通したＵＶ照射により、または電子ビームパターニングにより、パターン化できる。
【００６５】
単層の形成は、単層相でトポケミカル重合を起す分子を利用することにより促進できる。集合する膜を重合触媒に暴露することにより、膜は、原位置で成長が可能で、動的な分子集合体から、より強固な重合集合体に変化させることができる。
【００６６】
単層パターニングのために当技術で周知の任意の技術を単層のパターニングに使用しうる。単層のパターニングに有用な技術には、フォトリソグラフィー、電子ビーム技術、集束イオンビーム技術、およびソフトリソグラフィーが含まれるが、これに限定されない。フォトレジストなどの様々な保護の仕組みを、ＳＡＭベースのシステムに使用できる。同様に、金上にブロック共重合体パターンを形成し、選択的にエッチング加工してパターンを形成できる。二成分系では、パターニングは、簡単に入手可能な技術を用いても達成できる。
【００６７】
ソフトリソグラフィー技術は、単層のパターン化に利用でき、ここでは紫外線およびマスクがパターニングに使用できる。例えば、パターンのないベース単層を、ＵＶ／粒子ビーム反応性モノマー単層の集合のためのプラットフォームとして使用しうる。次にモノマー単層は、ベースＳＡＭにはパターンがなくても、ＵＶフォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、またはイオンビームリソグラフィーによりパターン化しうる。
【００６８】
パターン化した単層上の構造の成長は、金属塩の適切な還元化学反応や、シードまたはテンプレート媒介性の核形成の使用によるなど様々な成長メカニズムにより達成できる。単層上の識別要素を使用して、様々な方法によってこの界面での無機的成長を触媒できる。例えば、パターン化した有機単層の形状を持つコロイドの形態の無機化合物を形成しうる。例えば、カルボン酸およびアミドなど様々なカルボニル官能基により、炭酸カルシウムまたはシリカ構造をテンプレート化できる。結晶の成長状態を制御することにより、無機物の成長の厚みおよび結晶形態を制御することが可能である。二酸化チタンもテンプレート化できる。
【００６９】
テンプレート化した無電解メッキ技術を使用して、既存の有機官能基を使用した金属の合成をしうる。特に、金属原子を有機パターンのカルボニル部分にキレートすることで、パターン上で無電解の金属蓄積が触媒され、パターン化した金属コロイドが形成されうる。例えば、無電解メッキ条件によりメッキ可能なＣｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔおよびその他数多くの金属を使用して、有機単層の形状の金属構造を形成しうる。無電解メッキ条件を制御することにより、メッキされた金属構造の厚みを制御することが可能である。
【００７０】
当技術で周知のその他の「ボトムアップ」タイプの成長方法、例えば、米国特許第７，１８９，４３５号（Ｔｕｏｍｉｎｅｎら）に記載のある方法などが利用でき、これを参照することにより本書に組み込む。この方法に従い、導体または半導体の基質（例えば、金などの金属）をブロック共重合体膜（例えば、メタクリル酸メチルおよびスチレンのブロック共重合体）で被覆でき、ここで共重合体の一つの成分が、共重合体の別の成分の基質内にナノスケールの円筒を形成する。次に導体層を、共重合体の上にメッキして、複合構造を形成できる。複合構造を垂直の向きにすることで、例えば、ＵＶ放射、電子ビーム、またはオゾンの照射、分解、または同種のものにより、第一の成分の一部を除去して、第二の成分のその領域にナノスケールの細孔を形成できる。
【００７１】
米国特許第６，９２６，９５３号（Ｎｅａｌｅｙら、参照により本書に組み込む）に記載のある別の実施態様では、共重合体構造は、その上にイメージング層を持つ基質（例えば、アルキルシロキサンまたはオクタデシルトリクロロシラン自己組織化単層）に、選択した波長の２つ以上のビームを照射して、イメージング層で干渉パターンを形成し、干渉パターンに従い、イメージング層の湿潤性を変化させることにより形成できる。次に、選択したブロック共重合体の層、例えば、ポリスチレンおよびポリ（メタクリル酸メチル）の共重合体を、露出したイメージング層上に蒸着し、焼きなまして、湿潤性のパターンに従い共重合体の成分を分離し、共重合体層のイメージング層のパターンを複製できる。分離した成分の縞模様または単離した領域はこうして、１００ナノメートル以下の範囲の周期的な寸法で形成されうる。
【００７２】
使用中の組織または個別の細胞との相互作用を改善するために、移植可能な送達装置の表面を、さらに機能化できる。例えば、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、タンパク質全体、多糖類、およびこれに類するものなどの一つ以上の生体分子を、その上にナノトポグラフィーを定義している表面で、装置の異なる表面で、または両方で装置に結合できる。
【００７３】
一部の実施形態において、追加的な望ましい官能基が、表面の前処理を必要とせず、表面に自発的に付着しうるよう、装置の表面は適切な反応性を既に含んでいることがある。ただし、その他の実施形態において、望ましい化合物の付着に先行する表面の前処理を実施しうる。例えば、表面の反応性は、表面上へのアミン、カルボン酸、ヒドロキシ、アルデヒド、チオール、またはエステル基の追加または生成により増大しうる。一つの代表的な実施形態では、その上に形成されたナノ構造のパターンを含む表面は、表面のアミン官能性を高め、一つ以上の生体分子をアミン官能性の追加により表面に結合させるために、３−アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミンを含む化合物との接触を通してアミン化しうる。
【００７４】
移植可能な送達装置の表面に望ましく結合しうる材料には、ラミニン、トロポエラスチンまたはエラスチン、トロポコラーゲンまたはコラーゲン、フィブロネクチンおよびこれに類するものなどの、ＥＣＭタンパク質が含まれうる。短いポリペプチド断片を、ＲＧＤ配列などのパターン化した装置の表面に結合できるが、これは、数多くのＥＣＭタンパク質へのインテグリン結合の認識配列の一部である。こうして、ＲＧＤを持つマイクロニードル表面の機能付与は、ＥＣＭタンパク質と装置の相互作用を促進し、さらに使用中の装置に対する異物反応を制限する。
【００７５】
移植可能な送達装置は、様々な特徴を含みうる形態としうる。例えば、装置は、上述のとおり薬剤を保存し、送達のために薬剤を供給するレザバー、例えば、容器、多孔質の基材などを含みうる。レザバーは、生理活性薬剤の送達のためのチャネルを含むことも、または例えば、装置表面に形成されたノッチの形態の、より大きな開口部を含むこともでき、これには、ゲルなどの非常に粘性の高い組成物内に生理活性薬剤を含みうる。例えば、装置は、送達のための一つ以上の薬剤を運ぶ中空、または複数の細孔を含みうる。薬剤は、生理活性薬剤を運ぶ組成物の分解により、部分または装置全体の分解により、または例えば、上述のチャネルによるなど、装置からの薬剤の拡散により、装置から放出されうる。
【００７６】
例えば、図９Ａおよび９Ｂは、送達装置１１０を模式的に図示する。送達装置１１０は、例えば、器官への活性薬剤の送達に、薬物送達パッチ単独として利用することも、また組織への構造的な支持を提供するために、追加的に利用することもできる。例えば、送達装置１１０は、例えば、大動脈パッチなどの血管周囲装置として、血管に張り付けることができる。送達装置１１０は、ヘルニアパッチ、膀胱スリング、または同種のものなど、支持構造として利用されうる。一つの実施態様では、送達装置１０は、例えば、器官全体または器官の一部、神経束、腫瘍、およびこれに類するものなど、標的を包むために利用されうる。例えば、癌器官などの癌組織、または個別の標的組織は、組織内の一つ以上の癌腫瘍を取り巻くように包むことができる（または、局所的な構造であれば、できる限り完全に腫瘍を取り巻く）。次に送達装置は、溶出した生物活性薬剤をより完全な方法で標的組織に供給する。
【００７７】
装置１１０は、器官または血管（例えば、大動脈）の外面への貼り付けで前述のとおり、一般に柔軟性があり、任意の適した材料で形成できる。装置１１０の表面１１２で、生理活性薬剤を含む組成物を含みうる一連の溝１１４が形成されている。
【００７８】
図９Ｂは、装置１１０の表面１１２の部分を図示する。図示したとおり、溝１１４は、表面１１２内に形成されている。この実施態様では、溝１１４は、三角形の断面形状を持つが、これは必要条件ではなく、当技術で周知の任意の断面形状が利用されうる。表面１１２、または表面１１２の形成に利用される型の表面にある一連の溝１１４の形成は、リソグラフィー、エッチング技術（湿式化学、乾式、およびフォトレジスト除去など）、ケイ素の熱酸化、電気メッキおよび無電解メッキ、拡散プロセス（ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモン拡散など）、イオン注入、被膜蒸着（蒸発（単繊維、電子ビーム、フラッシュ、およびシャドーイングおよびステップカバレージ）など）、スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、エピタキシー（気相、液相、および分子線）、電気メッキ、スクリーン印刷法、ラミネーション、ステレオリソグラフィー、レーザー加工、およびレーザーアブレーション（投影アブレーションを含む）を含むが、これに限定されない何らかの標準マイクロ加工技術に従い遂行されうる。表面１１２は、表面上の溝１１４の間の領域にも、ナノトポグラフィー１１６を含む。使用中、ナノトポグラフィーは、組織表面（例えば、血管周囲パッチの場合の血管壁）に接触することがあり、また、溝１１４に装填された生理活性薬剤（例えば、ゲルの形態）は、血管（例えば、血管壁へ、または血管壁を通って循環系へ）送達されうる。
【００７９】
生理活性薬剤は、当技術で周知の任意の封じ込め方法により、移植可能な送達装置内またはその上に封じ込めできる。例えば、上述のレザバー内および表面の溝内での封じ込めに加えて、生理活性薬剤は、装置上に被覆することも、または装置の一部内またはその上（例えば、生物分解性の繊維内または装置の部分内）に封じ込めることもでき、装置またはその部分の分解に伴い長期間にわたり放出できる。
【００８０】
本移植可能な送達装置の使用により送達しうる生理活性薬剤には特に制限はない。生理活性薬剤としては、天然または合成的な薬剤、小分子薬剤などが含まれうる。一つの実施形態において、方法は高分子量の生理活性薬剤（例えば、約４００  Ｄａを超える、約１０  ｋＤａを超える、約２０  ｋＤａを超える、または約１００  ｋＤａを超える、例えば、約１５０  ｋＤａの分子量を定義する非タンパク質性の合成または天然生理活性薬剤）の送達に利用されうる。
【００８１】
一つの特定の例では、生理活性薬剤は、高分子量タンパク質治療薬としうる。本書で使用するとき、「タンパク質治療薬」という用語は、一般に、天然化合物、合成化合物、および組換え化合物、融合タンパク質、キメラなどのほか、２０の標準アミノ酸および／または合成的アミノ酸を含む化合物を含むが、これに限定されない任意の生物学的に活性なタンパク質性化合物を意味する。一例として、約１００  ｋＤａを超える、または約１２５  ｋＤａを超える、例えば、約１２５  ｋＤａ〜約２００  ｋＤａ、または約１５０  ｋＤａ〜約２００  ｋＤａの分子量を持つタンパク質治療薬を、移植可能な送達装置の使用により送達しうる。
【００８２】
薬剤には、タンパク質性薬剤（免疫グロブリン（例えば、ＩｇＧ、ＩｇＭ、ＩｇＡ、ＩｇＥ）、ＴＮＦ−α、抗ウイルス性の薬物など）、ポリヌクレオチド薬剤（プラスミド、ｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉ、ヌクレオシド  抗癌薬などが含まれる）、および小分子薬剤（アルカロイド、グリコシド、フェノールなど）が含まれうる。薬剤には、抗感染薬、ホルモン、心筋活動または血流を調節する薬物、疼痛管理などが含まれうる。本開示に従い送達しうるさらにその他の物質は、病気の予防、診断、緩和、治療、または治癒に有用な薬剤である。非限定的な薬剤のリストには、抗血管形成薬、抗うつ薬、抗糖尿病薬、抗ヒスタミン薬、抗炎症薬、ブトルファノール、カルシトニンおよび類似体、ＣＯＸ−ＩＩ  阻害剤、ドーパミン作動薬および拮抗薬、エンケファリンおよびその他のオピオイドペプチド、成長因子、エリトロポイエチンおよび類似体、卵胞刺激ホルモン、グルカゴン、成長ホルモンおよび類似体（成長ホルモン放出ホルモンを含む）、成長ホルモン拮抗薬、ヘパリン、ヒルジンおよびヒルジン類似体（ヒルログなど）、ＩｇＥ抑制因子およびその他のタンパク質阻害剤、免疫抑制薬、インターフェロン、インターロイキン、黄体形成ホルモン、黄体形成ホルモン放出ホルモンおよび類似体、単クローン性または多クローン性の抗体、筋肉弛緩剤、麻薬性鎮痛薬、非ステロイド抗炎症薬、オリゴ糖、副甲状腺ホルモンおよび類似体、副甲状腺ホルモン拮抗薬、プロスタグランジン拮抗薬、プロスタグランジン、鎮静薬、セロトニン作動薬および拮抗薬、性機能低下薬、組織プラスミノ一ゲン活性化因子、精神安定剤、血管拡張薬、主な診断薬（ツベルクリンなど）およびその他の過敏症薬が含まれ、これは、米国特許第６，５６９，１４３号に記載があり、その内容全体を参照することにより本書に組み込む。ワクチン製剤には、抗原または、ヒト病原体に対するまたはその他のウィルス病原体からの免疫応答を誘発する能力のある抗原性組成物が含まれうる。
【００８３】
組成物には、当技術で一般的に知られるその他の成分と併せて一つ以上の生理活性薬剤を含みうる。例えば、組成物は、一つ以上の医薬品として容認できる賦形剤を含みうる。本書で使用するとき、「賦形剤」という用語は、一般に、それ自体では生理活性薬剤ではなく、その取扱いや保管の特性など１つ以上の特性を改善するために、または組成物の用量単位の形成を許容または促進するために、被験者に送達される生理活性薬剤と共に使用される任意の物質を意味する。賦形剤には、限定するものではなく例証として、溶剤（例えば、エタノールまたはイソプロパノールなどの低級アルコール、または水）、増粘剤、湿潤剤、潤滑剤、不快な匂いや風味を覆うためまたは弱めるために添加される物質、芳香剤、アジュバント、および組成物または送達装置の外観または質感を改善するために添加される物質が含まれる。こうした任意の賦形剤は、一般的に知られている任意の量で使用することができる。
【００８４】
増粘剤（本書ではゲル化剤ともいう）には、ポリアクリル酸（Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）、Ｎｏｖｅｏｎ，  Ｉｎｃ．（オハイオ州クリーブランド））、カルボキシポリメチレン、カルボキシメチルセルロースおよびそれに類するものなどの陰イオンポリマーを含むことができ、これには、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）ポリマーの誘導体（Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  Ｕｌｔｒｅｚ  １０、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ９４０、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ９４１、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ９５４、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ９８０、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ９８１、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ＥＴＤ  ２００１、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ＥＺ−２およびＣａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）  ＥＺ−３など）およびその他のポリマー（Ｐｅｍｕｌｅｎ（登録商標）重合体乳化剤、およびＮｏｖｅｏｎ（登録商標）  ポリカルボフィル）が含まれる。存在するとき、増粘剤は一般に、重量当たり約０．１％〜約１５％、約０．２５％〜約１０％、または約０．５％〜約５％の合計量で存在しうる。
【００８５】
追加的な増粘剤、促進剤およびアジュバントは、一般的に『Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｙ』（Ｒｅｍｉｎｇｔｏｎ）および『Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｅｘｃｉｐｉｅｎｔｓ』（Ａｒｔｈｕｒ  Ｈ．  Ｋｉｂｂｅ  ｅｄ．    ２０００）に記載がある。
【００８６】
ゲルの形成を助ける一つ以上の中和剤が存在しうる。適切な中和剤には、水酸化ナトリウム（例えば、水性混合物など）、水酸化カリウム（例えば、水性混合物など）、水酸化アンモニウム（例えば、水性混合物など）、トリエタノールアミン、トロメタミン（２−アミノ  ２−ヒドロキシメチル−１，３  プロパンジオール）、アミノメチルプロパノール（ＡＭＰ）、テトラヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジイソプロパノールアミン、Ｅｔｈｏｍｅｅｎ  Ｃ−２５（Ａｒｍａｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、ジ−２（エチルヘキシル）アミン（ＢＡＳＦ−Ｗｙａｎｄｏｔｔｅ  Ｃｏｒｐ．，  Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、トリアミルアミン、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ  Ｄ−１０００（Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）、ｂ−ジメチルアミノプロピオ亜硝酸（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｙａｎａｍｉｄ  Ｃｏ．）、Ａｒｍｅｅｎ  ＣＤ（Ａｒｍａｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、Ａｌａｍｉｎｅ  ７Ｄ（Ｈｅｎｋｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ドデシルアミンおよびモルホリンが含まれる。哺乳動物の皮膚との接触に適したゲルの形成に十分な量、例えば、組成物の重量当たり最大約１０％、例えば組成物の重量当たり約０．１％〜約５％の中和剤が存在しうる。
【００８７】
組成物には、一つ以上の医薬品として容認できる湿潤剤（界面活性剤ともいう）を賦形剤として含みうる。界面活性剤の非限定的な例には、四級アンモニウム化合物（例えば、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウムおよび塩化セチルピリジニウム）、スルホコハク酸ナトリウムジオクチル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（例えば、ノノキシノール９、ノノキシノール１０、およびオクトキシノール９）、ポロキサマー（ポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン  ブロック共重合体）、ポリオキシエチレン脂肪酸グリセリドおよび油（例えば、ポリオキシエチレン（８）カプリル酸／カプリン酸モノ−およびジグリセリド（例えば、Ｌａｂｒａｓｏｌ（登録商標）、Ｇａｔｔｅｆｏｓｓｅ）、ポリオキシエチレン（３５）ヒマシ油およびポリオキシエチレン（４０）水素化ひまし油）、ポリオキシエチレン  アルキルエーテル（例えば、ポリオキシエチレン（２０）セトステアリルエーテル）、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル（例えば、ポリオキシエチレン（４０）ステアリン酸塩）、ポリオキシエチレンソルビタンエステル（例えば、ポリソルベート２０およびポリソルベート８０（例えば、Ｔｗｅｅｎ（登録商標）  ８０、ＩＣＩ））、プロピレングリコール脂肪酸エステル、例えば  プロピレングリコールラウリン酸塩（例えば、Ｌａｕｒｏｇｌｙｃｏｌ（登録商標）、Ｇａｔｔｅｆｏｓｓｅ）、ラウリル硫酸ナトリウム、脂肪酸およびその塩（例えば、オレイン酸、オレイン酸ナトリウムおよびオレイン酸トリエタノールアミン）、グリセリル脂肪酸エステル（例えば、モノステアリン酸グリセリル）、ソルビタンエステル（例えば、モノラウリン酸ソルビタン、ソルビタンモノオレアート、ソルビタンモノパルミタートおよびソルビタンモノステアレート）、チロキサポール、およびその混合物を含みうる。存在するとき、一つ以上の湿潤剤は一般に組成物の重量当たり合計約０．２５％〜約１５％、約０．４％〜約１０％、または約０．５％〜約５％で構成される。
【００８８】
組成物には、一つ以上の医薬品として容認できる潤滑剤（抗付着剤および／または滑剤）を賦形剤として含みうる。適切な潤滑剤には、ベハプ酸グリセリル（例えば、Ｃｏｍｐｒｉｔｏｌ（登録商標）  ８８８）、マグネシウム（ステアリン酸マグネシウム）、カルシウムおよびステアリン酸ナトリウムを含むステアリン酸およびその塩、硬化植物油（例えば、Ｓｔｅｒｏｔｅｘ（登録商標））、コロイド状シリカ、タルク、ワックス、ホウ酸、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、フマル酸ナトリウム、塩化ナトリウム、ＤＬ−ロイシン、ＰＥＧ（例えば、Ｃａｒｂｏｗａｘ（登録商標）  ４０００およびＣａｒｂｏｗａｘ（登録商標）  ６０００）、オレイン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、およびラウリル硫酸マグネシウムが含まれるが、これに限定されない。存在するとき、こうした湿潤剤は一般に組成物の合計重量の約０．１％〜約１０％、約０．２％〜約８％、または約０．２５％〜約５％を構成しうる。
【００８９】
組成物には、一つ以上の抗菌防腐剤を含みうる。実例となる抗菌防腐剤には、安息香酸、フェノール酸、ソルビン酸、アルコール類、塩化ベンゼトニウム、ブロノポール、ブチルパラベン、セトリミド、クロルヘキシジン、クロロブタノール、クロロクレゾール、クレゾール、エチルパラベン、イミド尿素、メチルパラベン、フェノール、フェノキシエタノール、フェニルエチルアルコール、酢酸フェニル第二水銀、ホウ酸フェニル第二水銀、硝酸フェニル第二水銀、ソルビン酸カリウム、プロピルパラベン、プロピオン酸ナトリウム、またはチメロサールが含まれるが、これに限定されない。存在するとき、一つ以上の抗菌防腐剤は一般に組成物の重量当たり約０．１％〜約５％、約０．２％〜約３％、または約０．３％〜約２％の合計量としうる。
【００９０】
組成物は、一つ以上の乳化剤を含みうる。本書で使用するとき、「乳化剤」という用語は、一般に、非極性および極性の相間の表面張力を下げる能力を持ち、「自己乳化」剤として定義される化合物を含む薬剤を意味する。適切な乳化剤は、炭水化物、タンパク質、高分子量アルコール、湿潤剤、ワックスおよび微粉化固体を含む任意のクラスの医薬品として容認できる乳化剤から由来しうる。存在するとき、一つ以上の乳化剤は一般に組成物の重量当たり、約１％〜約１５％、約１％〜約１２％、約１％〜約１０％、または約１％〜約５％の合計量で存在しうる。
【００９１】
生理活性薬剤を含む組成物は、当技術で一般的に周知の徐放性組成物としうる。こうした組成物は、例えば、特定の器官または血管の場所への長期にわたる薬剤の送達が望ましい場合に、望ましいことがある。この特定の実施態様に従い、生理活性薬剤は、酵素学的に、または酸／塩基加水分解または溶解により分解する、分解可能な材料（通常はポリマー）を含む徐放性の基質に組み込みうる。例えば、身体内に挿入されるなど、移植可能な装置がいったん標的組織に、またはその付近に位置すると、例えば、本書でさらに説明するものなどのパッチまたはステントの形態では、そうした基質は、酵素および体液による作用をうけうる。徐放性の基質は、リポソーム、ポリ乳酸（ポリ乳酸）、ポリグリコリド（グリコール酸のポリマー）、ポリ乳酸  ｃｏ−グリコリド（乳酸およびグリコール酸のコポリマー）ポリ無水物、ポリ（オルト）エステル、ポリタンパク質、ヒアルロン酸、コラーゲン、コンドロイチン硫酸、カルボン酸、脂肪酸、リン脂質、多糖類、核酸、ポリアミノ酸、アミノ酸（フェニルアラニンなど）、チロシン、イソロイシン、ポリヌクレオチド、ポリビニルプロピレン、ポリビニルピロリドンおよびシリコンなどの生体適合性物質から選択しうる。考えられる生分解性高分子およびその用途は、例えば、Ｂｒｅｍ  ｅｔ  ａｌ．  (１９９１，  Ｊ．  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ．  ７４：４４１−６）に詳細な記載があり、その全体を参照することにより、本書に組み込む。
【００９２】
組成物は、一つ以上の賦形剤を治療薬に混合して、組成物、薬物送達システムまたはその構成要素を形成する手順を含む、薬学、製薬、薬物送達、薬物動態、医薬またはその他の関連する学問分野の当業者に知られる任意の技法により調製しうる。
【００９３】
本開示の主題は、以下に提示する実施例を参照することで、よりよく理解されうる。
【実施例１】
【００９４】
いくつかの異なる型を、電気回路の設計および製造に採用されるものと類似したフォトリソグラフィー技術を使用して準備した。個別のプロセスの手順は、当技術で一般に周知のものであり、記述がなされてきた。
【００９５】
まず、シリコン基板を、アセトン、メタノール、およびイソプロピルアルコールで洗浄したあと、化学蒸着プロセスに従い、２５８ナノメートル（ｎｍ）の二酸化ケイ素層で被覆することにより準備した。
【００９６】
次に、それぞれの基材上に、当技術で周知のとおり、ＪＥＯＬ  ＪＢＸ−９３００ＦＳ  ＥＢＬシステムを使用して、電子ビームリソグラフィーパターン形成プロセスによりパターンを形成させた。処理条件は以下のとおりであった：
ビーム電流  =  １１  ｎＡ
加速電圧  =  １００  ｋＶ
ショットピッチ  =  １４  ｎｍ
曝露量  =  ２６０  μＣ／ｃｍ２
レジスト  =  ＺＥＰ５２０Ａ、厚み〜３３０  ｎｍ
現像剤  =  ｎ−アミル酢酸塩
現像  =  ２分間の浸漬の後、３０秒間イソプロピルアルコールでリンス
【００９７】
次に、ＳＴＳ  アドバンスト酸化物エッチング（ＡＯＥ）を用いて二酸化ケイ素エッチングを実施した。エッチング時間は５０秒で、４  ｍＴｏｒｒで毎分５５標準立法センチメートル（ｓｃｃｍ）Ｈｅ、２２  ｓｃｃｍ  ＣＦ４、２０  ｓｃｃｍ  Ｃ４Ｆ８、４００  Ｗ  コイル、２００  Ｗ  ＲＩＥおよびＤＣバイアス４０４〜４１１  Ｖを使用した。
【００９８】
その後、ＳＴＳ酸化ケイ素エッチング（ＳＯＥ）を用いて、シリコンエッチングを実施した。エッチング時間は２  分間で、５  ｍＴｏｒｒでの２０  ｓｃｃｍ  Ｃｌ２および５  ｓｃｃｍ  Ａｒ、６００  Ｗ  コイル、５０  Ｗ  ＲＩＥおよびＤＣバイアス９６〜１０２  Ｖを用いた。シリコンエッチング深さは５００ナノメートルであった。
【００９９】
残りの酸化物を除去するために、緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）を使用したが、３分間のＢＯＥ浸漬の後、脱イオン水によるリンスをした。
【０１００】
Ｏｂｄｕｃａｔ  ＮＩＬ−Ｅｉｔｒｅ（登録商標）６ナノインプリンターを使用して、多様なポリマー基材上にナノパターンを形成した。外部の水を冷却剤として使用した。ＵＶモジュールでは、単一パルスのランプを、波長２００〜１０００ナノメートル、１．８  Ｗ／ｃｍ２で利用した。２５０〜４００ナノメートルのＵＶフィルターを使用した。照射領域は６インチで、最大温度２００°Ｃおよび８０  Ｂａｒであった。ナノインプリンターには、半自動分離ユニットおよび自動制御脱型を含めた。
【０１０１】
型からのナノインプリントされた膜の取り出しを促進するため、型をトリデカ−（１，１，２，２−テトラヒドロ）−オクチトリクロロシラン（Ｆ１３−ＴＣＳ）で処理した。型を処理するために、ケイ素型をまずアセトン、メタノール、およびイソプロピルアルコールの洗浄液で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた。ペトリ皿を窒素雰囲気下のホットプレート上に置き、１〜５ｍｌのＦ１３−ＴＣＳをペトリ皿に加えた。ケイ素型をペトリ皿内に置き、１０〜１５分間覆い、型を除去する前に、Ｆ１３−ＴＣＳの蒸気でケイ素型を湿らせた。
【０１０２】
下の表１に示すとおり、５つの異なるポリマーを利用して、様々なナノトポグラフィー設計を形成した。
【表１】
2014530733.tif 000005
【０１０３】
いくつかの異なるナノトポグラフィーパターンを形成したが、その図式による表現を図１０Ａ〜１０Ｄに示す。図１０Ｅに図示したナノトポグラフィー  パターンは、ＮＴＴ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（東京）から購入した平坦な基材の表面である。パターンを、ＤＮ１（図１０Ａ）、ＤＮ２（図１０Ｂ）、ＤＮ３（図１０Ｃ）、ＤＮ４（図１０Ｄ）およびＮＴＴＡＴ２（図１０Ｅ）と指定した。型のＳＥＭ画像を、図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃに示し、膜の画像を図１０Ｄおよび１０Ｅに示す。図６は、図１０Ａ（ＤＮ１）の型を使用して形成したナノパターン膜を図示する。この特定の膜では、ポリマーの特徴が、前述の温度変化によって引き出された。図１０Ｅのパターンの表面粗さは、３４ナノメートルであることが判明した。
【０１０４】
図５Ｃおよび５Ｄに図示したパターンも、このナノインプリント技術プロセスに従い形成した。このパターンには、図示したとおり、ピラー７２およびピラー６２が含まれた。大きい方のピラー７２は、直径３．５マイクロメートル（μｍ）および高さ３０  μｍで、中心間の間隔６．８  μｍで形成された。ピラー６２は、高さ５００ナノメートルで、直径２００ナノメートル、中心間の間隔が２５０ナノメートルであった。
【０１０５】
ポリプロピレン膜で使用したナノインプリントプロセスの条件を、下の表２に示す。
【表２】
2014530733.tif 000006
【実施例２】
【０１０６】
膜を、様々な異なるパターンを含めて、上記の実施例１で記述したとおり形成し、ポリスチレン（ＰＳ）またはポリプロピレン（ＰＰ）のいずれかで形成した。基礎となる基材の厚みは異なった。利用したパターンは、実施例１に記載した生成プロセスを利用したＤＮ２、ＤＮ３、またはＤＮ４であった。パターンの型は、穴の深さおよび特徴の間隔の点で異なり、指定されたパターンを持つ多様な異なるサイズの特徴を形成した。試料番号  ８（ＢＢ１で指定）は、０．６  μｍ  ミリポアポリカーボネートフィルターを型として使用して形成した。２５  μｍ  ポリプロピレン膜を、フィルターの上部にかぶせた後、ポリプロピレンがフィルターの細孔に流入できるように加熱して溶かした。次に、型を冷却し、塩化メチレン溶剤を使用してポリカーボネート型を溶かした。
【０１０７】
形成した膜のＳＥＭを、図１１〜１９に示し、形成した膜の特性を下の表３にまとめる。
【表３】
2014530733.tif 000007
【０１０８】
それぞれの試料について、膜の特徴づけにＡＦＭが利用された。特性付けには、走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）の生成、表面粗さの決定、最大測定特徴高さの決定、およびフラクタル次元の決定が含まれた。
【０１０９】
利用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プローブは、μＭａｓｃｈから入手可能なシリーズ１６ケイ素プローブおよび片持ち梁であった。片持ち梁は、共振周波数１７０  ｋＨｚ、バネ定数４０  Ｎ／ｍ、長さ２３０  ±  ５  μｍ、幅４０  ±  ３  μｍ、および厚み７．０  ±  ０．５  μｍを持つ。プローブ先端は、ｎ型リン添加シリコンプローブで、典型的なプローブ先端半径は１０ナノメートル、完全な先端円錐角度は４０°、合計先端高さは２０〜２５  μｍ、およびバルク抵抗率は０．０１〜０．０５  ｏｈｍ−ｃｍであった。
【０１１０】
表３に提示した表面粗さ値は、ＩＳＯ  ２５１７８シリーズで定義された表面粗さパラメータの算術平均高さである。
【０１１１】
フラクタル次元は、フーリエ振幅スペクトルの分析により異なる角度について計算した。異なる角度について振幅フーリエプロフィールを抽出し、周波数および振幅の座標の対数を計算した。次に各方向についてのフラクタル次元Ｄを次式のとおり計算した。
【数３】
2014530733.tif 000008
【０１１２】
式中、ｓは両対数曲線の（負の）勾配である。報告されたフラクタル次元は、すべての方向についての平均である。
【０１１３】
フラクタル次元は、両対数関数の適用により、２Ｄフーリエスペクトルからも評価できる。表面がフラクタルの場合、両対数グラフは、非常に直線状となり、負の勾配を持つはずである（例えば、Ｆｒａｃｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ，  Ｊｏｈｎ  Ｃ．  Ｒｕｓｓ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＬＬＣ，  Ｊｕｌｙ，  ２００８を参照）。
【０１１４】
主題は、その特定の実施形態に関して詳細に記述されているが、当然のことながら、当業者であれば、上記の理解を得ることで、これらの実施形態に対する改造、その変形、およびそれとの等価物をすぐに思いつくことができる。したがって、本開示の範囲は、添付した請求項およびその任意の等価物の範囲として評価されるべきである。
【図１Ａ】
2014530733.tif 000009
【図１Ｂ】
2014530733.tif 000010
【図２】
2014530733.tif 000011
【図３】
2014530733.tif 000012
【図４】
2014530733.tif 000013
【図５】
2014530733.tif 000014
【図６】
2014530733.tif 000015
【図７Ａ】
2014530733.tif 000016
【図７Ｂ】
2014530733.tif 000017
【図７Ｃ】
2014530733.tif 000018
【図８Ａ】
2014530733.tif 000019
【図８Ｂ】
2014530733.tif 000020
【図８Ｃ】
2014530733.tif 000021
【図９Ａ】
2014530733.tif 000022
【図９Ｂ】
2014530733.tif 000023
【図１０Ａ】
2014530733.tif 000024
【図１０Ｂ】
2014530733.tif 000025
【図１０Ｃ】
2014530733.tif 000026
【図１０Ｄ】
2014530733.tif 000027
【図１０Ｅ】
2014530733.tif 000028
【図１１】
2014530733.tif 000029
【図１２Ａ】
2014530733.tif 000030
【図１２Ｂ】
2014530733.tif 000031
【図１３】
2014530733.tif 000032
【図１４】
2014530733.tif 000033
【図１５】
2014530733.tif 000034
【図１６】
2014530733.tif 000035
【図１７】
2014530733.tif 000036
【図１８】
2014530733.tif 000037
【図１９】
2014530733.tif 000038
【国際調査報告】
2014530733.tif 000039
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