(57)【要約】向上した抗菌機能を有するスターポリマーに関する技術を提供する。例えば、一重項酸素発生部を有し得、光照射時に一重項酸素種を発生することができるコアを含むことができるポリマーを提供する。このポリマーは、コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームも含み得る。複数のポリカーボネート・アームは、分解可能とすることができ、カチオンを含み得る。さらに、複数のポリカーボネート・アームは、抗菌機能を有することができる。【選択図】図３
2021504509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーであって、
一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生するコア、および
前記コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームであって、分解可能であり、カチオンを含み、抗菌機能を有する、前記複数のポリカーボネート・アーム
を含むポリマー。
【請求項２】
前記コアが、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテンおよびキノンからなる群から選択される分子から誘導される、請求項１に記載のポリマー。
【請求項３】
４つのポリカーボネート・アームを含む、請求項１に記載のポリマー。
【請求項４】
前記カチオンが、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、第四級アンモニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、プロトン化第三級ホスフィンカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群から選択される、請求項１に記載のポリマー。
【請求項５】
前記カチオンが、前記第四級アンモニウムカチオンである、請求項４に記載のポリマー。
【請求項６】
前記複数のポリカーボネート・アームが、疎水性基をさらに含む、請求項４に記載のポリマー。
【請求項７】
前記複数のポリカーボネート・アームが、次式１：
【化１】
2021504509.tif 000006
により特徴付けられる構造を有し、
式中、Ｘが、前記コアへの結合を表し、Ｒが、窒素カチオンおよびリンカチオンからなる第１の群から選択される前記カチオンを表し、Ｈが、水素および前記ポリマーの架橋を促進する第２の官能基からなる第２の群から選択され、ｎが、５以上および１０００以下の整数である、請求項２に記載のポリマー。
【請求項８】
前記コアが、次式２：
【化２】
2021504509.tif 000007
により特徴付けられる第２の構造を有し、
式中、Ｌが、エーテル基を含む連結基を表し、Ａが、前記複数のポリカーボネート・アームからの１つのポリカーボネート・アームを表す、請求項７に記載のポリマー。
【請求項９】
前記ポリマーが、次式１：
【化３】
2021504509.tif 000008
により特徴付けられる構造を有し、
式中、ｎが、５以上および１０００以下の整数であり、Ｈが、水素および前記ポリマーの架橋を促進する第２の官能基からなる群から選択される、請求項１に記載のポリマー。
【請求項１０】
方法であって、
複数のカーボネートを、一重項酸素発生コアと重合することにより複数の分解性ポリカーボネート・アームを形成することであって、前記一重項酸素発生コアは、光の照射に応答して一重項酸素種を発生する、前記形成すること、および
官能基を、前記複数の分解性ポリカーボネート・アームからの１つの分解性ポリカーボネート・アームと共有結合することにより、カチオン性部分を生成すること
を含む方法。
【請求項１１】
前記官能基が、アミン、ホスフィンおよびイミダゾールからなる群から選択される化学構造を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記生成することが、アセチル基の存在下で前記官能基を前記分解性ポリカーボネート・アームに結合することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記分解性ポリカーボネート・アームが、次式１：
【化４】
2021504509.tif 000009
により特徴付けられる構造を有し、
式中、Ｘが、前記一重項酸素発生コアへの結合を表し、Ｒが、前記カチオン性部分を表し、ｎが、５以上および１０００以下の整数であり、Ｈが、水素および前記分解性ポリカーボネート・アームの架橋を促進する第３の官能基からなる第２の群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
一重項酸素発生分子を第１の官能基と重合することにより前記一重項酸素発生コアを調製することをさらに含み、前記一重項酸素発生分子が、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテンおよびキノンからなる第３の群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の官能基が、アルコール基であり、調製した前記一重項酸素発生コアが、ヒドロキシル基を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
膜形成用組成物であって、
溶媒、ならびに
前記膜形成用組成物の５重量％以上および前記膜形成用組成物の２０重量％以下を構成するポリマーであって、前記ポリマーが、前記溶媒に分散しており、
前記ポリマーが、
一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生するコア、および
前記コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームであって、分解可能であり、カチオンを含み、抗菌官能性を有する、前記複数のポリカーボネート・アーム
を含む、前記ポリマー
を含む膜形成用組成物。
【請求項１７】
グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌および酵母からなる群から選択される病原体にとって毒性である、請求項１６に記載の膜形成用組成物。
【請求項１８】
前記コアが、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテンおよびキノンからなる第１の群から選択される分子から誘導され、前記カチオンが、窒素カチオンおよびリンカチオンからなる第２の群から選択される、請求項１７に記載の膜形成用組成物。
【請求項１９】
表面処理された物品を形成する方法であって、
物品の表面上に膜形成用組成物を配置することであって、
前記膜形成用組成物が、
溶媒、ならびに
前記膜形成用組成物の５重量％以上および前記膜形成用組成物の２０重量％以下を構成するポリマーであって、前記ポリマーが、前記溶媒に分散しており、
前記ポリマーが、
一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生するコア、および
前記コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームであって、分解可能であり、カチオンを含み、抗菌機能を有する、前記複数のポリカーボネート・アーム
を含む、前記ポリマー
を含む、前記配置すること、ならびに
前記物品の前記表面から前記溶媒を除去すること
を含む方法。
【請求項２０】
前記膜形成用組成物が、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌および酵母からなる群から選択される病原体にとって毒性である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コアが、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテンおよびキノンからなる第１の群から選択される分子から誘導され、前記カチオンが、窒素カチオンおよびリンカチオンからなる第２の群から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
病原体を死滅させる方法であって、
前記病原体をポリマーに接触させることであって、前記ポリマーが、
一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生するコア、および
前記コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームであって、分解可能であり、カチオンを含み、抗菌機能を有する、前記複数のポリカーボネート・アームを含み、
前記病原体を前記ポリマーに接触させることが、前記病原体の膜を静電的に破壊する、前記接触させること
を含む方法。
【請求項２３】
前記ポリマーに前記光を照射すること、および
前記コアを介して前記一重項酸素種を発生すること
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記病原体が、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌および酵母からなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記コアが、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテンおよびキノンからなる第１の群から選択される分子から誘導され、前記カチオンが、窒素カチオンおよびリンカチオンからなる第２の群から選択される、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、抗菌活性を有するスターポリマー、より詳細には、光に応答して向上した抗菌活性を示し得るスターポリマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数十年で、抗生物質耐性のバクテリアが増えてきた。広域抗生物質の全身での過度の使用により、「スーパーバグ」と一般に称される多剤耐性のバクテリアが増加している。さらに、バイオフィルムは、ヒト組織および埋め込みデバイス上に形成する可能性があり、インプラントの失敗を生じる。バイオフィルムは、自己生産の細胞外のポリマーマトリックス内に埋め込まれたバクテリアから構成され得る。したがって、バイオフィルムは、侵入するのが困難となる可能性があり、それにより、埋め込まれたバクテリアを死滅させるのを困難にする。
【０００３】
従来の抗生物質技術の代替として、活性酸素種（ＲＯＳ）は、強い抗菌活性、抗ウイルス活性、および抗真菌活性を示すことができる。ＲＯＳは、種々の病原体、例えば、これに限定されないが、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、真菌、および酵母に対して高い効能を有し得ることが複数報告されている。さらに、ＲＯＳは、滞留した創傷の洗浄もしくは治療またはその両方、および慢性閉塞性肺疾患の治療に有効となり得る。残念ながら、ＲＯＳは、種々の病原体にとって毒性となり得るが、宿主細胞に対しても同様に毒性となり得る。さらに、従来のＲＯＳは、不安定で、好ましくないバースト放出を示すことがある。
【発明の概要】
【０００４】
以下に、本発明の１つまたは複数の実施形態の基本的理解を提供するための概要を提示する。本概要は、重要なまたは重大な要素を特定することや、特定の実施形態の任意の範囲または請求項の任意の範囲を示すことを意図しない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の導入部として、簡易化した形態で概念を提示することである。本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態では、光に応答して向上した抗菌活性を示し得るスターポリマーに関する組成物および方法が記載される。
【０００５】
一実施形態によれば、ポリマーが提供される。ポリマーは、一重項酸素発生部を有し得、光照射時に一重項酸素種を発生することができるコアを含むことができる。ポリマーは、コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームをさらに含むことができる。複数のポリカーボネート・アームは、分解可能とすることができ、カチオンを含み得る。さらに、複数のポリカーボネート・アームは、抗菌機能を有することができる。
【０００６】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、複数のカーボネートを一重項酸素発生コアと重合することにより、複数の分解性ポリカーボネート・アームを形成することを含み得る。一重項酸素発生コアは、光の照射に応答して一重項酸素種を発生することができる。方法は、官能基を、複数の分解性ポリカーボネート・アームのうちの１つの分解性ポリカーボネート・アームと共有結合することにより、カチオン性部分を発生させることも含み得る。
【０００７】
別の実施形態によれば、膜形成用組成物が提供される。膜形成用組成物は、溶媒およびポリマーを含み得る。ポリマーは、膜形成用組成物の５重量％以上および膜形成用組成物の２０重量％以下を構成し得る。さらに、ポリマーは、溶媒に分散することができる。ポリマーは、一重項酸素発生部を有することができ、光照射時に一重項酸素種を発生し得るコアも含むことができる。ポリマーは、コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームをさらに含むことができる。複数のポリカーボネート・アームは、分解可能とすることができ、カチオンを含み得る。さらに、複数のポリカーボネート・アームは、抗菌機能を有することができる。
【０００８】
別の実施形態によれば、表面処理された物品を形成する方法が提供される。方法は、物品の表面上に膜形成用組成物を配置することを含み得る。膜形成用組成物は、溶媒およびポリマーを含み得る。ポリマーは、膜形成用組成物の５重量％以上および膜形成用組成物の２０重量％以下を構成し得る。さらに、ポリマーは、溶媒に分散することができる。ポリマーは、一重項酸素発生部を有することができ、光照射時に一重項酸素種を発生し得るコアも含むことができる。ポリマーは、コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームをさらに含むことができる。複数のポリカーボネート・アームは、分解可能とすることができ、カチオンを含み得る。さらに、複数のポリカーボネート・アームは、抗菌機能を有することができる。方法は、物品の表面から溶媒を除去することをさらに含み得る。
【０００９】
別の実施形態によれば、病原体を死滅させる方法が提供される。方法は、病原体をポリマーと接触させることを含み得る。ポリマーは、一重項酸素発生部を有することができ、光照射時に一重項酸素種を発生し得るコアを含むことができる。ポリマーは、コアに共有結合した複数のポリカーボネート・アームをさらに含むことができる。複数のポリカーボネート・アームは、分解可能とすることができ、カチオンを含み得る。さらに、複数のポリカーボネート・アームは、抗菌機能を有することができる。さらに、病原体のポリマーへの接触は、病原体の膜を静電的に破壊することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態による非限定的なスターポリマーの例の図である。
【図２】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーを含み得る複数のアームからの非限定的なアームの例の図である。
【図３】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーを含み得る非限定的な一重項酸素発生コアの例の図である。
【図４】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーの発生を促進することができる非限定的な方法の例のフロー図である。
【図５】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーの発生を促進することができる非限定的なスキームの例の図である。
【図６】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態により発生したスターポリマーの組成を示すことができる非限定的なチャートの例の図である。
【図７】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーの抗菌効能を示すことができる非限定的な寒天プレートの例の４つの写真である。
【図８】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態によるスターポリマーの抗菌効能を示すことができる非限定的な棒グラフの例の図である。
【図９】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態による、物品の表面を膜形成用組成物で処理することを促進し得る非限定的な方法の例の別のフロー図である。
【図１０】本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態による、スターポリマーとの接触により病原体を死滅させることを促進し得る非限定的な方法の例の別のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、単に例示的であり、実施形態あるいは実施形態の用途もしくは使用またはその両方を制限するものではない。さらに、前述の背景技術もしくは発明の概要の項、または発明を実施するための形態の項で提示されるどんな表現または暗示される情報によっても拘束されないものである。
【００１２】
１つまたは複数の実施形態が、図面に関連してこれから記載され、この場合、類似の参照数字は、全体にわたって類似の要素を指すために使用される。以下の記述では、説明の目的のために、多くの具体的詳細が、１つまたは複数の実施形態をより完全に理解するために示される。しかし、種々の場合に、１つまたは複数の実施形態が、これらの具体的詳細なしに実施できることは明らかである。
【００１３】
ここ数十年で、抗生物質耐性のバクテリアが増えてきた。広域抗生物質の全身での過度の使用により、「スーパーバグ」と一般に称される多剤耐性のバクテリアが増加している。さらに、バイオフィルムは、ヒト組織および埋め込みデバイス上に形成する可能性があり、インプラントの失敗を生じる。バイオフィルムは、自己生産の細胞外のポリマーマトリックス内に埋め込まれたバクテリアから構成され得る。したがって、バイオフィルムは、侵入するのが困難となる可能性があり、それにより、埋め込まれたバクテリアを死滅させるのを困難にする。
【００１４】
従来の抗生物質技術の代替として、活性酸素種（ＲＯＳ）は、強い抗菌活性、抗ウイルス活性、および抗真菌活性を示すことができる。ＲＯＳは、種々の病原体、例えば、これに限定されないが、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、真菌、および酵母に対して高い効能を有し得ることが複数報告されている。さらに、ＲＯＳは、滞留した創傷の洗浄もしくは治療またはその両方、および慢性閉塞性肺疾患の治療に有効となり得る。残念ながら、ＲＯＳは、種々の病原体にとって毒性となり得るが、宿主細胞に対しても同様に毒性となり得る。さらに、従来のＲＯＳは、不安定で、好ましくないバースト放出を示すことがある。
【００１５】
本明細書に記載される種々の実施形態は、光活性化一重項酸素発生機能により提供される向上した活性を有する抗菌性スターポリマーの合成もしくは使用またはその両方のための組成物（例えば、膜形成用組成物）もしくは方法またはその両方を提供することができる。本明細書では、「スターポリマー」という用語は、複数のアームを有するポリマーを指すことができ、アームは、架橋することができ、個別のコアから分岐している。１つまたは複数の実施形態は、一重項酸素発生ポリマーコアに共有結合した複数の正に荷電した分解性ポリカーボネート・アームを含み得るポリマーと見なすことができる。種々の実施形態では、膜形成用組成物は、本明細書に記載されるポリマー組成物を含み得る。さらに、１つまたは複数の実施形態は、種々の病原体（例えば、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、真菌、および酵母）を死滅させる、あるいはその汚染もしくは成長またはその両方を防止する、あるいは種々の物品（例えば、食品もしくは医療用包装またはその両方）を表面処理する、あるいはその組合せを行うために、ポリマー組成物もしくは膜形成用組成物またはその両方を利用する方法と見なすことができる。
【００１６】
図１は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態による、非限定的なスターポリマー１００の例の図を示す。スターポリマー１００は、一重項酸素発生コア１０４に共有結合した複数のポリカーボネート・アーム１０２を含み得る。種々の実施形態では、スターポリマー１００は、さらなる化学的架橋剤の支援もしくは光化学的な活性化またはその両方なしに、１つまたは複数のさらなるスターポリマー（例えば、スターポリマー１００）と架橋することができる。架橋は、化学的（例えば、共有結合）、物理的（例えば、疎水性結合、鎖の絡み合い、もしくはイオン会合またはその組合せ）、および／またはその組合せとすることができる。複数のポリカーボネート・アーム１０２は、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックポリマー、および／またはその組合せとしてスターポリマー１００中に存在することができる。
【００１７】
種々の実施形態では、スターポリマー１００は、抗菌性もしくは塗膜形成能またはその両方を促進することができる化学的相互作用を制御するために利用することができる１つまたは複数の官能化部位を含み得る。例えば、複数のポリカーボネート・アーム１０２もしくは一重項酸素発生コア１０４またはその両方は、さらに連鎖成長できる可能性がある。
【００１８】
図２は、スターポリマー１００を含み得る複数のポリカーボネート・アーム１０２の非限定的なポリカーボネート・アーム１０２の例の図面を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。種々の実施形態では、複数のポリカーボネート・アーム１０２からの各ポリカーボネート・アーム１０２は、同じ構造により特徴付けることができる。１つまたは複数の実施形態では、スターポリマー１００の１つまたは複数のポリカーボネート・アーム１０２は、スターポリマー１００の１つまたは複数の他のポリカーボネート・アーム１０２と異なる化学構造により、本明細書に記載される特徴を示すことができる。さらに、いくつかの実施形態では、複数のポリカーボネート・アーム１０２は、４つのポリカーボネート・アーム１０２を含み得る。
【００１９】
ポリカーボネート・アーム１０２は、一重項酸素発生コア１０４に結合する場合に正電荷を有することができる。ポリカーボネート・アーム１０２は、一重項酸素発生コア１０４に共有結合した分子主鎖２０２を含み得る。また、ポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に共有結合したカチオン性官能基２０４を含み得る。１つまたは複数の実施形態では、ポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に共有結合した反応性末端基２０６をさらに含むことができる。
【００２０】
図２に示すように、「Ｘ」は、一重項酸素発生コア１０４を表すことができる。したがって、図２は、ポリカーボネート・アーム１０２の分子主鎖２０２が、一重項酸素発生コア１０４に結合することができることを示す。図２は、例示的な構造を示す。しかし、別の構造も想定される。分子主鎖２０２を含む化学構造の例は、これに限定されないが、アルキル構造、アリール構造、アルカン構造、アルデヒド構造、エーテル構造、ケトン構造、エステル構造、カルボキシル構造、カルボニル構造、アミン構造、アミド構造、リン化物構造、ホスフィン構造、その組合せ、などを含み得る。当業者は、分子主鎖２０２のサイズが、スターポリマー１００の所望の機能に依存して変化し得ることを認識することができる。例えば、「ｎ」は、５以上および１０００以下の整数を表すことができる。
【００２１】
さらに、分子主鎖２０２は、カチオン性官能基２０４に共有結合することができる（例えば、図２で「Ｒ」と示される）。１つまたは複数の実施形態では、カチオン性官能基２０４は、第１の連結基２０８を介して分子主鎖２０２に結合することができる。図２は、エステル構造を有する第１の連結基２０８を示す。しかし、他の化学構造も想定される。第１の連結基２０８の化学構造の例は、これに限定されないが、アルキル構造、アリール構造、アルカン構造、エーテル構造、カルボキシル構造、ケトン構造、エステル構造、カルボキシル構造、カルボニル構造、その組合せ、などを含み得る。１つまたは複数の実施形態では、第１の連結基２０８は、ポリカーボネート・アーム１０２を形成するために用いられる重合の生成物とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の連結基２０８は、ポリカーボネート・アーム１０２の後重合の生成物とすることができる。
【００２２】
カチオン性官能基２０４は、１つもしくは複数の窒素もしくはリンカチオンまたはその両方を含み得る。窒素カチオンの例は、これに限定されないが、第四級アンモニウムカチオン、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、もしくはイミダゾリウムカチオンまたはその組合せを含み得る。リンカチオンの例は、これに限定されないが、第四級ホスホニウムカチオン、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、もしくはプロトン化第三級カチオンまたはその組合せを含み得る。さらに、カチオン性官能基２０４は、１つもしくは複数の窒素カチオンもしくはリンカチオンまたはその両方に結合する疎水性基（例えば、アルキル基もしくはアリール基またはその両方）を含み得る。プロトン化、アルキル化、もしくは第四級化またはその組合せにより、窒素カチオンもしくはリンカチオンまたはその両方を形成することができる。
【００２３】
種々の実施形態では、ポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に結合する反応性末端基２０６をさらに含むことができる。反応性末端基２０６は、スターポリマー１００と別のスターポリマー（例えば、別のスターポリマー１００）との自己架橋を促進することができる。反応性末端基２０６は、カルボニル基のα位もしくは芳香族環のα位またはその両方に位置するハロゲン化物イオンを含み得る。ハロゲン化物イオンの例は、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、およびアスタタイドを含む。カルボニル基の例は、これに限定されないが、α−ハロケトン、α−ハロエステル、α−ハロ酸、α−ハロアミド、および／またはその組合せを含む。芳香族環の例は、これに限定されないが、フェニル、ピリジニル、などを含む。
【００２４】
種々の実施形態では、反応性末端基２０６は、ポリカーボネート・アーム１０２を形成するために用いられる重合の生成物とすることができる。例えば、反応性末端基２０６は、エポキシド（例えば、アニオン性重合による）、アルコキシアミン（例えば、制御ラジカル重合による）、ジチオエステル（例えば、可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動重合による）、もしくはトリチオカーボネート（例えば、可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動重合による）またはその組合せを含み得る。１つまたは複数の実施形態では、反応性末端基２０６は、ポリカーボネート・アーム１０２の末梢端を化学修飾することにより調製することができる。例えば、ポリカーボネート・アーム１０２の末梢端を修飾して、これに限定されないが、アジド、チオール、オレフィンもしくはアリール置換ケトンまたはその組合せを含む反応性末端基２０６を生成することができる。
【００２５】
したがって、種々の実施形態では、ポリカーボネート・アーム１０２は、個別の一重項酸素発生コア１０４に共有結合した分解性ポリカーボネートとすることができ、ポリカーボネート・アーム１０２は、カチオン性官能基２０４に結合する分子主鎖２０２を含み得る。カチオン性官能基２０４は、正に荷電して（例えば、１つもしくは複数の窒素もしくはリンカチオンまたはその両方を介して）、抗菌官能性を促進することができる。さらに、カチオン性官能基２０４は、疎水性基を含み得（例えば、１つもしくは複数の窒素もしくはリンカチオンまたはその両方に結合して）、これにより抗菌官能性をさらに高めることができる。カチオン性官能基２０４は、分子主鎖２０２に直接結合することができ、もしくはカチオン性官能基２０４は、第１の連結基２０８を介して分子主鎖２０２に結合することができ、またはその両方が可能である（例えば、第１の連結基２０８は、ポリカーボネート・アーム１０２の重合の生成物として形成することができる）。さらに、分子主鎖２０２は、反応性末端基２０６に結合することができ、これによりスターポリマー１００と別のスターポリマー（例えば、スターポリマー１００）との架橋を促進することができる。
【００２６】
複数のポリカーボネート・アーム１０２は、病原体細胞の溶解により抗菌官能性を示すことができる。例えば、対象病原体細胞の膜は、リン脂質二重層を含み得る。リン脂質二重層は、親水性頭部もしくは疎水性尾部またはその両方を有する複数の分子を含み得る。さらに、複数の膜分子の１つまたは複数は、負に荷電することができる。ポリカーボネート・アーム１０２の正電荷（例えば、カチオン性官能基２０４による）は、スターポリマー１００を負に荷電した膜分子に引き付け、隣接する膜分子からの前記分子の切断を促進することができる。カチオン性官能基２０４の疎水性基は、それ自体、膜の疎水性領域と一体化するので、ポリカーボネート・アーム１０２の疎水性（例えば、カチオン性官能基２０４による）は、前記切断をさらに促進することができる。したがって、ポリカーボネート・アーム１０２は、静電的破壊もしくは疎水性膜組込またはその両方によって病原体細胞の溶解を促進することができる。ポリカーボネート・アーム１０２の抗菌効果が適用可能な病原体細胞の例は、これに限定されないが、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌および酵母を含み得る。
【００２７】
図３は、スターポリマー１００を含み得る非限定的な一重項酸素発生コア１０４の例の図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。１つまたは複数の実施形態では、複数のポリカーボネート・アーム１０２は、一緒に架橋することができ、もしくは一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができ、またはその両方が可能である。
【００２８】
図３は、ポルフィリンから誘導される例示的な化学構造を有する一重項酸素発生コア１０４を示す。しかし、他の化学構造も想定される。例えば、一重項酸素発生コア１０４は、これに限定されないが、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、もしくはキノンまたはその組合せを含み得る群から選択される分子から誘導される化学構造を有することができる。一重項酸素発生コア１０４は、複数のポリカーボネート・アーム１０２（例えば、図３で「Ａ」により表される）の一重項酸素発生コア１０４への結合を促進することができる、１つまたは複数の第２の連結基３０２（例えば、図３で「Ｌ」により表される）を含み得る。例えば、第２の連結基３０２は、アルコールもしくはエーテルまたはその両方（例えば、ハロゲン化物を含むアルコール）から誘導することができる。１つまたは複数の実施形態では、ポリカーボネート構造が、アーム１０２と第２の連結基３０２の結合により形成されるように、第２の連結基３０２の周囲は、酸素原子（例えば、ヒドロキシル基から誘導される）を含み得る。
【００２９】
光照射時に、一重項酸素発生コア１０４は、１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができ、これにより、スターポリマー１００の抗菌機能を高めることができる。したがって、スターポリマー１００は、要求に応じて向上した抗菌機能を示すことができる。例えば、一重項酸素発生コア１０４は、１０ナノメートル（ｎｍ）以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。
【００３０】
図４は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態による、スターポリマー１００の生成を促進することができる非限定的な方法４００の例のフロー図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。
【００３１】
４０２で、方法４００は、一重項酸素発生分子を第１の官能基と重合することにより、一重項酸素発生コア１０４を調製することを含み得る。例えば、一重項酸素発生分子および第１の官能基を溶媒中で一緒に混合して、溶液を形成することができる。次いで、溶液を加熱することができる（例えば、摂氏１００度（℃）以上および２００℃以下の温度に）。さらに、溶液は、一定期間（例えば、１２時間以上および４８時間以下）、かき混ぜる（例えば、撹拌する）ことができる。また、任意選択で溶液を窒素ガス下でかき混ぜることができる。一重項酸素発生コア１０４は、溶液の析出物として形成することができる。
【００３２】
一重項酸素発生コア１０４の調製は、１つまたは複数の第１の官能基を一重項酸素発生分子に結合することを含み得る。一重項酸素発生分子は、光（例えば、１０ｎｍ以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光）の照射に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。一重項酸素発生分子の例は、これに限定されないが、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、キノン、などを含み得る。第１の官能基の例は、アルコール基、カルボキシル基、エステル基、または１つもしくは複数のハロゲン化物あるいはその組合せを含み得る。さらに、１つまたは複数の第１の官能基は、複数のポリカーボネート・アーム１０２の一重項酸素発生分子への結合を促進することができ、後で前記結合が生じる場合は第２の連結基３０２になる。例えば、４０２での調製が、複数のポリカーボネート・アーム１０２の重合を促進することができる１つまたは複数のヒドロキシル基を含む一重項酸素発生コア１０４を生じるように、１つまたは複数の第１の官能基は、アルコール基を含み得る。
【００３３】
４０４で、方法４００は、複数のカーボネートを、調製した一重項酸素発生コア１０４と重合する（例えば、有機触媒の存在下で）ことにより、複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２を形成することを含み得る。例えば、複数のカーボネートおよび調製した一重項酸素発生コア１０４は、１つもしくは複数の溶媒または１つもしくは複数の有機触媒あるいはその両方と混合して、溶液を形成することができる。溶液は、室温（「ＲＴ」）で一定期間（例えば、３０分間以上および１２０分間以下）、かき混ぜる（例えば、撹拌する）ことができる。
【００３４】
４０４での重合は、複数のカーボネートを一緒に共有結合して、１つもしくは複数の分解性ポリカーボネート構造を形成することができ、または重合は、１つもしくは複数の分解性ポリカーボネート構造を、調製した一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができ、あるいはその両方が可能である。さらに、１つもしくは複数のカーボネートまたは１つもしくは複数のポリカーボネート構造あるいはその両方は、第２の官能基を含み得る。第２の官能基は、後でカチオン性官能基２０４の発生を促進することができる。例えば、第２の官能基は、ハロゲン化アルキルを含み得る。
【００３５】
複数のカーボネートを一緒に共有結合して、ポリカーボネート構造を形成すると、分子主鎖２０２を形成することができる。さらに、１つまたは複数のポリカーボネート構造は、第１の官能基に共有結合して、調製した一重項酸素発生コア１０４への結合を促進することができ、その後、第１の官能基は、第２の連結基３０２になることができる。
【００３６】
例えば、複数のカーボネートの１つまたは複数は、環式カーボネートとすることができ、４０４での重合は、環式カーボネートの開環重合（ＲＯＰ）を含み、ポリカーボネート構造（例えば、分子主鎖２０２）を形成することができる。１つまたは複数のカーボネートは、次式１：
【化１】
2021504509.tif 000003
により特徴付けられる構造を有することができ、
式中、Ｒ１は、第２の官能基を表すことができる。したがって、ＲＯＰは、次式２：
【化２】
2021504509.tif 000004
により特徴付けられるポリカーボネート構造を形成することができ、
式中、Ｒ１は、第２の官能基を表すことができ、「Ｘ」は、一重項酸素発生コア１０４への結合を表すことができ、「ｎ」は、５以上および１０００以下の整数を表すことができる。例えば、第２の官能基は、４−メチルベンジルクロリドとすることができ、それによって２−オキソ−５−メチル−１，３−ジオキサン−５−カルボン酸４−（クロロメチル）ベンジルエステル（「ＭＴＣ−ＯＢｎＣｌ」）の１つまたは複数のカーボネートを提供する。その後、４０４での重合は、ＭＴＣ−ＯＢｎＣｌカーボネートのＲＯＰを含み、次式３：
【化３】
2021504509.tif 000005
により特徴付けられるポリカーボネート構造を形成することができ、
式中、「Ｘ」は、一重項酸素発生コア１０４への結合を表すことができ、「ｎ」は、５以上および１０００以下の整数を表すことができる。上述の例では、第１の連結基２０８は、４０４での重合の結果として形成される。しかし、本明細書に記載されるように、４０４での前記重合後に第１の連結基２０８を形成することもできる。同様に、１つまたは複数の実施形態では、第２の官能基は、４０４での重合の前に１つまたは複数のカーボネートに共有結合することができるが、他方、いくつかの実施形態では、第２の官能基は、４０４での重合後にポリカーボネート構造に共有結合することができる。
【００３７】
４０６で、方法４００は、第３の官能基を複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２からの１つの分解性ポリカーボネート・アーム１０２（例えば、分子主鎖２０２により特徴付けることができるポリカーボネート構造）と共有結合することによりカチオン性部分（例えばカチオン性官能基２０４）を発生させることを含み得、それによってスターポリマー１００を形成する。例えば、４０４で形成される中間体構造は、室温で一定期間（例えば、１日間以上および３日間以下）、溶媒中で第３の官能基と混合することができる。また、溶媒は、アセチル基を含み得る。
【００３８】
第３の官能基は、アミン基、イミダゾール（例えば、イミダゾール環を含む構造）もしくはホスフィン基またはその組合せを含み得る。さらに、４０６でカチオン性部分（例えば、カチオン性官能基２０４）を発生させることは、４０４で形成されるポリカーボネート構造の第２の官能基に第３の官能基を共有結合することを含み得る。例えば、第３の官能基は、アルキル化もしくは第四級化またはその両方により第２の官能基に共有結合することができる。第３の官能基は、アセチル基の存在下で第２の官能基に共有結合して、カチオン性部分（例えば、カチオン性官能基２０４）を発生させることができる。
【００３９】
したがって、種々の実施形態では、方法４００は、一重項酸素発生分子（例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、もしくはキノンまたはその組合せ）を１つまたは複数の第１の官能基（例えば、アルコール基）と重合することにより、一重項酸素発生コア１０４を調製する（例えば、４０２で）ことを含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、光（例えば、１０ｎｍ以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光）に応答して一重項酸素種を発生することができる。また、方法４００は、複数のカーボネートを一重項酸素発生コア１０４と重合する（例えば、有機触媒の存在下で）ことにより複数の分解性ポリカーボネート構造（例えば、分子主鎖２０２により特徴付けられる）を形成する（例えば、４０４で）ことを含み得る。重合は、複数のカーボネートを一緒に共有結合して、１つまたは複数のポリカーボネート構造（例えば、複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２の分子主鎖２０２により特徴付けられる）を形成することができる。重合は、１つまたは複数のポリカーボネート構造に結合する１つまたは複数の第２の官能基を形成することもでき、第２の官能基（例えば、ハロゲン化アルキル）は、１つまたは複数のカチオン性部分の発生を促進することができる。さらに、重合は、第１の官能基により１つまたは複数のポリカーボネート構造を一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができ、その後、第１の官能基は、それによって連結基（例えば、第２の連結基３０２）に変換することができる。さらに、方法４００は、１つまたは複数の第３の官能基（例えば、アミン基、イミダゾール基、もしくはホスフィン基またはその組合せ）を１つまたは複数のポリカーボネート構造と共有結合して、複数の正に荷電した分解性ポリカーボネート（例えば、ポリカーボネート・アーム１０２）およびそれによってスターポリマー（例えば、スターポリマー１００）を形成することによって、１つまたは複数のカチオン部分（例えば、カチオン性官能基２０４）を発生させる（例えば、４０６で）ことを含み得る。１つまたは複数のカチオン性部分を発生させることは、１つまたは複数のカチオン性部分（例えば、カチオン官能基２０４）を発生させるための、第２の官能基を用いる第３の官能基のアルキル化もしくは第四級化またはその両方を含み得、その後、第２の官能基は、それによって別の連結基（例えば、第１の連結基２０８）に変換することができる。１つまたは複数のカチオン性部分は、窒素カチオン（例えば、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、第四級アンモニウムカチオン、もしくはイミダゾリウムカチオンまたはその組合せ）もしくはリンカチオン（例えば、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、プロトン化第三級ホスフィンカチオン、第四級ホスホニウムカチオン）またはその両方を含み得る。さらに、１つまたは複数の発生したカチオン部分は、疎水性官能基（例えば、窒素カチオンもしくはリンカチオンまたはその両方に結合する）をさらに含むことができる。さらに、重合した分解性ポリカーボネート（例えば、ポリカーボネート・アーム１０２）は、反応性官能基（例えば、反応性末端基２０６）を含み、スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）と別のスターポリマー（例えば、別のスターポリマー１００）との架橋を促進することができる。
【００４０】
図５は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態（例えば、方法４００）によるスターポリマー１００の形成を例示することができる非限定的なスキーム５００の例の図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。
【００４１】
５０２で、スキーム５００は、一重項酸素発生コア１０４の調製（例えば、方法４００の４０２による）を示すことができる。例えば、５，１０，１５，２０−テトラキス（４ヒドロキシフェニル）ポルフィリン（「ＴＰＰ」）は、炭酸カリウムおよびジメチルホルムアミド（「ＤＭＦ」）中で２−ブロモエタノールと重合して、ヒドロキシル−ＴＰＰを生成することができる。ここで、エタノールは、第１の官能基として作用することができ、それによってヒドロキシル基を提供して、１つまたは複数のポリカーボネート構造（例えば、分子主鎖２０２）の共有結合を促進する。
【００４２】
５０４で、スキーム５００は、有機触媒中で複数のカーボネートを一重項酸素発生コア１０４と重合する（例えば、方法４００の４０４による）ことにより、複数の分解性ポリカーボネート構造（例えば、分子主鎖２０２により特徴付けられる）を形成することを示す。例えば、ヒドロキシル−ＴＰＰは、ジクロロメタン（「ＤＣＭ」）、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（「ＤＢＵ」）、および１−１−［３，５−ビス（トリフルオロメチル）−フェニル］−３−シクロヘキシル−２−チオウレア（「ＴＵ」）の存在下で一定期間（例えば、２時間）、複数のＭＴＣ−ＯＢｎＣｌカーボネートと重合することができる。複数のカーボネートが一緒に重合すると、１つまたは複数の分子主鎖２０２を形成することができる。また、ポリカーボネート構造が重合すると、ヒドロキシル−ＴＰＰの１つまたは複数のヒドロキシル基に共有結合することができ、それによって１つまたは複数の第１の官能基を１つまたは複数の第２の連結基３０２に変換する。さらに、カーボネートの４−メチルベンジルクロリド官能基は、第２の官能基として作用することができ、これは、カチオン性部分の発生を促進することができる。図５に示すように、５０４での重合は、スキーム５００で中間体構造を生成することができる。
【００４３】
５０６で、スキーム５００は、１つまたは複数の第３の官能基を１つまたは複数の分解性ポリカーボネート構造と共有結合する（例えば、方法４００の４０６による）ことによる、１つまたは複数のカチオン性部分（例えば、カチオン性官能基２０４）の発生を示すことができる。例えば、中間体構造を、アセトニトリル（「ＡｃＣＮ」）中でジメチルブチルアミンと混合して、溶液を形成することができる。溶液は、室温で一定期間（例えば、１時間以上および６時間以下）かき混ぜる（例えば、撹拌する）ことができる。ここで、ジメチルブチルアミンは、第３の官能基として作用することができ、ジメチルブチルアミンの第四級化は、ジメチルブチルアミンを第２の官能基に結合し、窒素カチオン（例えば、第四級アンモニウムカチオン）を形成することができ、それによって正電荷を複数のポリカーボネート・アーム１０２に組み込む。次いで、溶媒は、溶液から除去することができ、透析を実施して、生成物（例えば、スターポリマー１００）を回収することができる。例えば、透析は、一定期間（例えば、１日間以上および３日間以下）、室温で１：１のアルコールおよびアセトニトリルを使用して実施することができる。
【００４４】
図６は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態（例えば、方法４００）によるスキーム５００により作製したスターポリマー１００の構造を確認できる非限定的なチャート６００の例の図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。
【００４５】
１つまたは複数の実施形態では、スターポリマー１００は、方法４００もしくはスキーム５００またはその両方により発生することができる。例えば、撹拌子を備え、５０１ミリグラム（ｍｇ）の３．６３ミリモル（ｍｍｏｌ）炭酸カリウムおよび８．６１マイクロリットル（μＬ）の０．０４４ｍｍｏｌ  １５−クラウン−５／ＤＭＦ２５ｍＬを入れた５０ミリリットル（ｍＬ）のフラスコに、２００ｍｇの０．０２９ｍｍｏｌ  ＴＰＰを添加することができる。反応混合物を室温で１５分間撹拌し、その後、１８５μＬの２．６１ｍｍｏｌ  ２−ブロモエタノールを滴下することができる。次いで、混合物を１４０℃で加熱し、窒素下で２４時間撹拌することができる。反応が完全に進んだ後に、溶媒を真空下で除去することができ、残留固体は、２５ｍＬのテトラヒドロフラン（「ＴＨＦ」）に溶解することができる。次いで、有機層は、１５ｍＬの水で２度、１５ｍＬのブラインで１度抽出し、硫酸ナトリウムで脱水することができる。次いで、溶媒を除去することができ、粗生成物は、５ｍＬのＴＨＦに再溶解することができる。次に、冷ジエチルエーテル中で析出することができる。析出物をろ過し、１８時間真空下に置くことができ、その後、最終生成物は、ヒドロキシル−ＴＰＰとすることができる。
【００４６】
さらに、４．３ｍｇの０．００５ｍｍｏｌヒドロキシル−ＴＰＰおよび１５０ｍｇの０．５ｍｍｏｌ  ＭＴＣ−ＯＢｎＣｌを、撹拌子を備えた２０ｍＬガラスバイアルに入れることができる。さらに、全ての固体が確実に溶解するように、ＤＣＭをガラスバイアルに添加することができる。モノマー濃度は、２モル／リットル（Ｍ）に調整することができる。その後、３．７μＬの０．０２５ｍｍｏｌ  ＤＢＵおよび９．３ｍｇの０．０２５ｍｍｏｌ  ＴＵを添加して、重合を開始することができる。混合物を室温で１．５時間撹拌することができる。次に、３０ｍｇの安息香酸を混合物に添加して、反応を停止することができる。次いで、ポリマー中間体は、冷ジエチルエーテル中での析出により精製し、真空下で乾燥することができる。
【００４７】
次いで、ポリマー中間体は、２ｍＬのアセトニトリルに溶解し、次いで、室温で４．５時間撹拌しながら７５０μＬのジメチルブチルアミンで第四級化することができる。溶媒は、真空下で除去することができ、第四級化ポリマーを、１：１比を有するイソプロパノールとアセトニトリルの混合物４ｍＬに溶解することができる。さらに、溶液は、１０００分子量カットオフの透析袋内に入れることができる。透析は、１：１のイソプロパノールおよびアセトニトリルを使用して室温で２日間行うことができる。最後に、溶媒を除去し、ポリマーを凍結乾燥して、スターポリマー１００生成物を得ることができる。
【００４８】
次いで、スターポリマー１００生成物の化学構造を、プロトン核磁気共鳴（１Ｈ  ＮＭＲ）を使用して分析し、チャート６００を得ることができる。チャート６００は、本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態（例えば、方法４００もしくはスキーム５００またはその両方）により発生したポリマーが、本明細書に記載されるスターポリマー１００の特徴を示すことができることを示す。例えば、１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、４００メガヘルツ（ＭＨｚ）（プロトン）で作動するＢｒｕｋｅｒ  Ａｖａｎｃｅ  ２０００分光計で記録することができ、内部溶媒（例えば、１Ｈ＝７．２６百万分率（ｐｐｍ））を基準とすることができる。１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、標準Ｂｒｕｋｅｒライブラリーパルスプログラムを使用して室温で記録することができる。さらに、分析用ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）もしくは動的光散乱（ＬＳ）測定またはその両方を実施することができる。
【００４９】
図７は、スターポリマー１００の抗菌効能を示すために使用される非限定的な寒天プレートの例の８枚の写真を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。例えば、８枚の写真は、ペアで示され、異なる濃度でスターポリマー１００に光照射した効果を示す。図７に示す寒天プレートの各々は、成長溶液、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）の細菌培養物、および方法４００もしくはスキーム５００またはその両方により形成し、チャート６００により分析したある濃度のスターポリマー１００を含む。
【００５０】
第１の写真ペア７０２は、濃度１６マイクログラム／ミリリットル（μｇ／ｍＬ）でのスターポリマー１００を含む寒天プレートと見なすことができる。第１の寒天プレート７０４は、１６μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されていない。第２の寒天プレート７０６は、１６μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されている。
【００５１】
第２の写真ペア７０８は、濃度３１マイクログラム／ミリリットル（μｇ／ｍＬ）でのスターポリマー１００を含む寒天プレートと見なすことができる。第３の寒天プレート７１０は、３１μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されていない。第４の寒天プレート７１２は、３１μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されている。
【００５２】
第３の写真ペア７１４は、濃度６３マイクログラム／ミリリットル（μｇ／ｍＬ）でのスターポリマー１００を含む寒天プレートと見なすことができる。第５の寒天プレート７１６は、６３μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されていない。第６の寒天プレート７１８は、６３μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されている。
【００５３】
第４の写真ペア７２０は、濃度１２５マイクログラム／ミリリットル（μｇ／ｍＬ）でのスターポリマー１００を含む寒天プレートと見なすことができる。第７の寒天プレート７２２は、１２５μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されていない。第８の寒天プレート７２４は、１２５μｇ／ｍＬでのスターポリマー１００の抗菌機能を示すことができ、この場合、スターポリマー１００は光照射されている。
【００５４】
図８は、図７に示す寒天プレートの各々の抗菌効果を分析的に例示する非限定的な棒グラフ８００の例の図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。第１のバー８０２は、第１の寒天プレート７０４と見なすことができる。第２のバー８０４は、第２の寒天プレート７０６と見なすことができる。第３のバー８０６は、第３の寒天プレート７１０と見なすことができる。第４のバー８０８は、第４の寒天プレート７１２と見なすことができる。第５のバー８１０は、第５の寒天プレート７１６と見なすことができる。第６のバー８１２は、第６の寒天プレート７１８と見なすことができる。第７のバー８１４は、第７の寒天プレート７２２と見なすことができる。第８のバー８１６は、第８の寒天プレート７２４と見なすことができる。
【００５５】
図７に示す抗菌活性の外観および棒グラフ８００で提示される分析は、光（例えば、可視光もしくは紫外線またはその両方）の照射時に一重項酸素発生コア１０４が、スターポリマー１００の抗菌活性を大いに高めることができるという強い証拠を示す。複数のポリカーボネート・アーム１０２が、抗菌機能（例えば、第３の寒天プレート７１０、第５の寒天プレート７１６、第７の寒天プレート７２２、第３のバー８０６、第５のバー８１０、および第７のバー８１４により明白である）を独立に示す一方で、一重項酸素発生コア１０４により促進されたさらなる抗菌活性は、抗菌効能（例えば、第２の寒天プレート７０６、第４の寒天プレート７１２、第６の寒天プレート７１８、第８の寒天プレート７２４、第２のバー８０４、第４のバー８０８、第６のバー８１２、および第８のバー８１６により明白である）をかなり高めることができる。さらに、一重項酸素発生コア１０４の近くにポリマー鎖が存在すると、循環時間を延ばし、普通なら細胞毒性のスターポリマー１００の毒性を最小にすることができる。
【００５６】
種々の実施形態では、種々の物品、例えば、これに限定されないが、食品パッケージもしくは医療用具またはその両方の表面処理を促進するための膜形成用組成物を作製するために、本明細書に記載されるスターポリマー１００を使用することができる。膜形成用組成物は、溶媒および本明細書に記載される１つまたは複数のスターポリマー１００を含み得、１つまたは複数のスターポリマー１００は、溶媒に分散することができる。種々の実施形態では、スターポリマー１００は、膜形成用組成物の０．１重量％以上および膜形成用組成物の５０重量％以下を構成し得る。いくつかの実施形態では、スターポリマー１００は、膜形成用組成物の５重量％以上および膜形成用組成物の２０重量％以下を構成し得る。
【００５７】
したがって、１つまたは複数の実施形態では、膜形成用組成物は、溶媒（例えば、水もしくは有機溶媒またはその両方）およびスターポリマー（例えば、スターポリマー１００）を含み得る。スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、膜形成用組成物の５重量％以上および膜形成用組成物の２０重量％以下を構成し得る。スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、溶媒に分散することができる。また、スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、一重項酸素発生コア１０４および複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、一重項酸素発生分子（例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、もしくはキノンまたはその組合せ）から誘導することができる。さらに、一重項酸素発生コア１０４は、分解性ポリカーボネート・アーム１０２の結合を促進するための１つまたは複数の連結基（例えば、第２の連結基３０２）を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、光（例えば、１０ｎｍ以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光）の照射に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２（例えば、４つのポリカーボネート・アーム１０２）は、一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができる（例えば、第２の連結基３０２を介して）。複数のポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に共有結合するカチオン性官能基２０４を含み得る（例えば、第１の連結基２０８を介して）。カチオン性官能基２０４は、窒素カチオン（例えば、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、第四級アンモニウムカチオン、もしくはイミダゾリウムカチオンまたはその組合せ）もしくはリンカチオン（例えば、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、プロトン化第三級ホスフィンカチオン、第四級ホスホニウムカチオン）またはその両方を含み得る。さらに、カチオン性官能基２０４は、疎水性基（例えば、カチオンに結合する）を含み得る。さらに、ポリカーボネート・アーム１０２は、スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）と別のスターポリマー（例えば、別のスターポリマー１００）の間の架橋を促進するための反応性末端基２０６を含み得る。膜形成用組成物は、病原体（例えば、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌、もしくは酵母またはその組合せ）にとって毒性となり得る。
【００５８】
１つまたは複数の実施形態では、膜形成用組成物は、効能を高めるために１つまたは複数の添加剤をさらに含むことができる。添加剤の例は、これに限定されないが、抗菌性金属（例えば、銀、金、もしくは銅またはその組合せのナノ粒子）、セラミックナノ粒子（例えば、二酸化チタンもしくは酸化亜鉛またはその両方）、抗菌性金属塩、顔料、界面活性剤、増粘剤、スターポリマー１００間の架橋を加速する促進剤、その組合せ、などを含み得る。
【００５９】
種々の実施形態では、スターポリマー１００は、溶媒の存在下で他のスターポリマー（例えば、他のスターポリマー１００）と容易に架橋しない。むしろ、前記架橋は、溶媒除去後に実施される。したがって、膜形成用組成物は、安定した貯蔵寿命を示すことができる。溶媒の例は、これに限定されないが、水、有機溶媒、その組合せ、などを含む。
【００６０】
図９は、表面処理された物品を形成するための非限定的な方法９００の例のフロー図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。方法９００により処理できる物品の例は、これに限定されないが、食品包装、医療用具、床表面、家具表面、創傷治療器具（例えば、包帯もしくはガーゼまたはその両方）、建物表面、植物（例えば、農作物）、地面、耕作機械、ベッド、シーツ、衣服、毛布、靴、ドア、ドア枠、壁、天井、マットレス、照明器具、蛇口、スイッチ、シンク、手すり、リモコン、洗面化粧台、コンピューター機器、カート、手押し車、かご（hamper）、箱（bin）、その組合せ、などを含む。
【００６１】
９０２で、方法９００は、本明細書に記載される膜形成用組成物を物品の表面上に配置することを含み得る。例えば、膜形成用組成物は、溶媒内に分散したスターポリマー１００を含み得る。例えば、スターポリマー１００は、膜形成用組成物の５重量％以上および膜形成用組成物の２０重量％以下を構成し得る。また、スターポリマー１００は、一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生することができるコア（例えば、一重項酸素発生コア１０４）を含むことができる。さらに、スターポリマー１００は、コア（例えば、一重項酸素発生コア１０４）に共有結合した複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）を含み得る。また、複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）は、分解可能とすることができ、カチオン（例えば、カチオン性官能基２０４）を含み得る。したがって、複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）は、抗菌機能を有することができる。
【００６２】
膜形成用組成物は、これに限定されないが、ディッピング、噴霧、スピンコーティング、ブラッシング、その組合せ、などを含む種々の技術により、表面上に配置することができる。種々の実施形態では、膜形成用組成物を配置することにより、物品の表面を、他のスターポリマー（例えば、他のスターポリマー１００）に架橋していないスターポリマー１００の最初の層で被覆する。９０４で、方法９００は、膜形成用組成物、およびそれによって、被覆物品の表面から溶媒を除去することを含み得る。溶媒は、蒸発（例えば、周囲条件もしくは乾燥処理、例えば、加熱空気またはその両方による）により除去することができる。溶媒除去後に、物品の表面に存在し続けたスターポリマー１００は、互いに架橋し始めることができ、それによって物品の表面に架橋膜層を形成する。
【００６３】
９０６で、方法９００は、スターポリマー１００間の架橋を促進するための表面の熱的もしくは光化学的処理またはその両方を任意選択で含み得る。処理物品の表面上のスターポリマー１００の架橋膜層の厚さは、膜形成用組成物の濃度もしくは分散技術またはその両方に依存して変化し得る。１つまたは複数の実施形態では、方法９００は、１つのスターポリマー１００と実質的に同じ厚さを有する架橋層を形成することができる。いくつかの実施形態では、方法９００は、複数のスターポリマー１００と実質的に同じ厚さを有する架橋層を形成することができる。さらに、架橋膜層は、任意の適切な光吸収もしくは光透過特性またはその両方を有する、０％以上および１００％以下の不透明度を示すことができる。さらに、架橋膜層は、これに限定されないが、赤、黄、青またはその組合せを含む任意の色合いとすることができる。
【００６４】
種々の実施形態では、方法９００により形成した架橋膜は、これに限定されないが、金属表面、ガラス表面、プラスチック表面、セラミック表面、木材表面、石表面、織物表面、紙表面、布表面、コンクリート表面、合成繊維表面、有機繊維表面、その組合せ、などを含む種々の表面材料に接着することができる。さらに、１つまたは複数の実施形態では、架橋膜層は、１つまたは複数の化学薬品（例えば、アルキル化剤）で処理して、架橋膜層の抗菌効果を高めることができる。いくつかの実施形態では、スターポリマー１００の生体適合性形態を方法９００で利用して、挿入可能な医療用具を表面処理できる生体適合性架橋膜を形成することができる。
【００６５】
１つまたは複数の実施形態では、架橋膜層を含む処理表面は、光を照射されて、要求に応じて向上した抗菌機能を促進することができる。例えば、一重項酸素発生コア１０４は、光に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。光照射に続き、架橋膜層は、スターポリマー１００をリサイクルするために物品の表面から回収することができる。
【００６６】
したがって、種々の実施形態では、表面処理された物品を形成する方法９００は、物品の表面上に膜形成用組成物を配置する（例えば、９０２で）ことを含み得る。膜形成用組成物は、溶媒（例えば、水もしくは有機溶媒またはその両方）およびスターポリマー（例えば、スターポリマー１００）を含み得る。スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、一重項酸素発生コア１０４および複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、一重項酸素発生分子（例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、もしくはキノンまたはその組合せ）から誘導することができる。さらに、一重項酸素発生コア１０４は、分解性ポリカーボネート・アーム１０２の結合を促進するための１つまたは複数の連結基（例えば、第２の連結基３０２）を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、光（例えば、１０ｎｍ以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光）の照射に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２（例えば、４つのポリカーボネート・アーム１０２）は、一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができる（例えば、第２の連結基３０２を介して）。複数のポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に共有結合したカチオン性官能基２０４を含み得る（例えば、第１の連結基２０８を介して）。カチオン性官能基２０４は、窒素カチオン（例えば、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、第四級アンモニウムカチオン、もしくはイミダゾリウムカチオンまたはその組合せ）もしくはリンカチオン（例えば、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、プロトン化第三級ホスフィンカチオン、第四級ホスホニウムカチオン）またはその両方を含み得る。さらに、カチオン性官能基２０４は、疎水性基（例えば、カチオンに結合する）を含み得る。さらに、ポリカーボネート・アーム１０２は、スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）と別のスターポリマー（例えば、別のスターポリマー１００）の間の架橋を促進するための反応性末端基２０６を含み得る。膜形成用組成物は、病原体（例えば、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌、もしくは酵母またはその組合せ）にとって毒性となり得る。また、方法９００は、溶媒を物品の表面から除去する（例えば、９０４で）こと、および任意選択で処理を膜形成用組成物に適用する（例えば、９０６で）こと（例えば、熱処理もしくは光化学的処理またはその両方）を含み得る。
【００６７】
図１０は、病原体を死滅させる、病原体の成長を阻止する、もしくは病原体による汚染を防ぐ、またはその組合せの非限定的な方法１０００の例の別のフロー図を示す。本明細書に記載される他の実施形態で使用される類似の要素の重複する説明は、簡潔のため省略する。病原体の例は、これに限定されないが、グラム陰性細菌、グラム陽性細菌、真菌、酵母、その組合せ、などを含む。
【００６８】
１００２で、方法１０００は、病原体をポリマー（例えば、１つもしくは複数のスターポリマー１００または方法９００による物品の表面上に形成される架橋膜あるいはその両方）に接触させることを含み得る。例えば、本明細書に記載される種々の実施形態によれば、ポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、一重項酸素発生部を有し、光照射時に一重項酸素種を発生することができるコア（例えば、一重項酸素発生コア１０４）を含むことができる。さらに、ポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、コア（例えば、一重項酸素発生コア１０４）に共有結合した複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）を含み得る。また、複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）は、分解可能とすることができ、カチオン（例えば、カチオン性官能基２０４）を含み得る。したがって、複数のポリカーボネート・アーム（例えば、アーム１０２）は、抗菌機能を有することができる。種々の実施形態では、接触後に、スターポリマー１００は、病原体の膜を破壊することができる（例えば、静電的破壊もしくは疎水的組込またはその両方による）。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数のスターポリマー１００は、物品の表面に位置することができ、その後、接触は、物品の処理表面と病原体との物理的遭遇を含み得る。いくつかの実施形態では、病原体は、物品の表面に位置することができ、その後、接触は、１つまたは複数のスターポリマー１００と病原体との物理的遭遇を含み得る。例えば、病原体は、物品上に位置することができ、１００２での接触は、汚染された物品を本明細書に記載される膜形成用組成物で被覆することを含み得る。例えば、病原体は、作物上に位置することができ、汚染された作物に、スターポリマー１００を含む膜形成用組成物を噴霧することができる。
【００６９】
１００４で、方法１０００は、病原体に接触している１つまたは複数のスターポリマー１００に光を照射することをさらに含み得る。例えば、光は、１０ナノメートル以上および７５０ナノメートル以下の波長を有することができる。種々の実施形態では、光照射した１つまたは複数のスターポリマー１００は、一重項酸素種を（例えば、一重項酸素発生コア１０４により）発生して応答することができ、一重項酸素種は、病原体の分解を促進することができる。したがって、方法１０００、およびそれによってスターポリマーの抗菌効果は、１つまたは複数のスターポリマーの制御された光照射により、要求に応じて高めることができる。
【００７０】
したがって、１つまたは複数の実施形態では、病原体を死滅させる方法１０００は、病原体をポリマーに接触させる（例えば、１００２で）ことを含み得る。ポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、一重項酸素発生コア１０４および複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、一重項酸素発生分子（例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、フェノチアジン、キサンテン、もしくはキノンまたはその組合せ）から誘導することができる。さらに、一重項酸素発生コア１０４は、分解性ポリカーボネート・アーム１０２の結合を促進するための１つまたは複数の連結基（例えば、第２の連結基３０２）を含み得る。一重項酸素発生コア１０４は、光（例えば、１０ｎｍ以上および７５０ｎｍ以下の波長を有する光）の照射に応答して１つまたは複数の一重項酸素種を発生することができる。複数の分解性ポリカーボネート・アーム１０２（例えば、４つのポリカーボネート・アーム１０２）は、一重項酸素発生コア１０４に共有結合することができる（例えば、第２の連結基３０２を介して）。複数のポリカーボネート・アーム１０２は、分子主鎖２０２に共有結合したカチオン性官能基２０４を含み得る（例えば、第１の連結基２０８を介して）。カチオン性官能基２０４は、窒素カチオン（例えば、プロトン化第一級アミンカチオン、プロトン化第二級アミンカチオン、プロトン化第三級アミンカチオン、第四級アンモニウムカチオン、もしくはイミダゾリウムカチオンまたはその組合せ）もしくはリンカチオン（例えば、プロトン化第一級ホスフィンカチオン、プロトン化第二級ホスフィンカチオン、プロトン化第三級ホスフィンカチオン、第四級ホスホニウムカチオン）またはその両方を含み得る。さらに、カチオン性官能基２０４は、疎水性基（例えば、カチオンに結合する）を含み得る。さらに、ポリカーボネート・アーム１０２は、スターポリマー（例えば、スターポリマー１００）と別のスターポリマー（例えば、別のスターポリマー１００）の間の架橋を促進するための反応性末端基２０６を含み得る。病原体との接触後に、ポリマー（例えば、スターポリマー１００）は、病原体の膜を破壊することができる（例えば、静電的破壊もしくは疎水的組込またはその両方による）。方法１０００は、ポリマーに光を照射する（例えば、１００４で）ことをさらに含み得、それによって、スターポリマー内の一重項酸素発生コア１０４により一重項酸素種を発生する。
【００７１】
さらに、「または（or）」という用語は、排他的「または」ではなく、包括的「または」を意味するものである。すなわち、別段の指定がない限り、または文脈から明確でない限り、「ＸがＡまたはＢを使用する」は、もっともな包括的順列のいずれかを意味するものである。すなわち、ＸがＡを使用する、ＸがＢを使用する、またはＸがＡとＢのどちらも使用する場合、「ＸがＡまたはＢを使用する」は、前述の例のいずれかに適合する。さらに、本明細書および添付の図面で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、単数形を対象とするように別段の指定がない限り、または文脈から明確でない限り、「１つまたは複数の」を意味すると一般に解釈されるべきである。本明細書では、用語「例（example）」もしくは「例示的（exemplary）」またはその両方は、例（example）、例（instance）、または例示（illustration）として作用することを意味するために利用される。誤解を避けるために、本明細書で開示される主題は、そのような例により限定されない。さらに、「例」もしくは「例示的」またはその両方と本明細書に記載される任意の態様またはデザインは、必ずしも他の態様またはデザインに比べ、好ましいまたは有利であると解釈されるべきではないし、当業者に知られている等価の例示的構造および技術を除外することも意味しない。
【００７２】
上記で記載したことは、系、組成物、および方法の例を単に含む。もちろん、本開示を記載する目的で試薬、生成物、溶媒、もしくは物品またはその組合せのあらゆる考えられる組合せを記載することは可能ではないが、当業者は、本開示の多くのさらなる組合せおよび順列は可能であると認識することができる。さらに、「含む（includes）」、「有する（has）」、「有する（possesses）」などの用語が、詳細な説明、特許請求の範囲、付属書および図面で使用される限りでは、そのような用語は、用語「含む（comprising）」が請求項中の移行語として使用される場合に解釈されるのと同様に、包括的であると意図される。例示の目的のために種々の実施形態の記載を提示したが、これは、網羅的または開示される実施形態に限定的であることを意図しない。多くの改変および変形が、記載した実施形態の範囲および思想から逸脱することなく当業者に明らかであろう。実施形態の原則、実用的用途もしくは市場の技術と比較した技術的改良を最も良く説明するために、または本明細書で開示される実施形態を当業者が理解できるように、本明細書で使用される用語を選択した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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