(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の分子を含む化合物であって、前記分子が式（１）、（３）、または（５）を有し、
式（１）は：
【化１】
0006336612.tif 000012
を含み、
式（３）は：
【化２】
0006336612.tif 000013
を含み、及び
式（５）は：
【化３】
0006336612.tif 000014
を含み、
Ｒ１＝ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ２、ＳＯ３Ｈ、ＳＲ４ＣＯＯＨ、ＳＲ４ＳＯ３Ｈ、マレイミド、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、タンパク質、核酸、またはナノ粒子；
Ｒ２＝Ｈ、臭素、アルケン、芳香族モノマー、芳香族オリゴマー、複素環式モノマー、または複素環式オリゴマー；
Ｒ３＝Ｒ２；
Ｒ４＝−（ＣＨ２）ｔ−、−（ＣＨ２−Ｏ−ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
Ｘ＝芳香族モノマー、または複素環式モノマー；
Ｚ＝−（ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
ｍは、１〜２０であり；
ｎは、１〜２０であり；及び
ｔは、１〜２０である、
前記化合物。
【請求項２】
導電性表面または半導性表面上にモノマー性またはポリマー性有機膜をグラフトする方法であって、前記方法が：
１つ以上の分子を含む少なくとも１つの化合物を含む溶液と表面とを反応させることを含み、前記分子が式（１）、（３）、または（５）を有し、
式（１）が：
【化４】
0006336612.tif 000015
を含み、
式（３）が：
【化５】
0006336612.tif 000016
を含み、及び
式（５）が：
【化６】
0006336612.tif 000017
を含み、
さらに：
Ｒ１＝ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ２、ＳＯ３Ｈ、ＳＲ４ＣＯＯＨ、ＳＲ４ＳＯ３Ｈ、マレイミド、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、タンパク質、核酸、またはナノ粒子；
Ｒ２＝Ｈ、臭素、アルケン、芳香族モノマー、芳香族オリゴマー、複素環式モノマー、または複素環式オリゴマー；
Ｒ３＝Ｒ２；
Ｒ４＝−（ＣＨ２）ｔ−、−（ＣＨ２−Ｏ−ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
Ｘ＝芳香族モノマー、または複素環式モノマー；
Ｚ＝−（ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
ｍは、１〜２０であり；
ｎは、１〜２０であり；及び
ｔは、１〜２０である、
前記方法。
【請求項３】
前記導電性表面または半導性表面が電極表面であって、前記電極及び少なくとも１つのその対極との間に電位を印加することをさらに含み、
前記電極表面の少なくとも部分に前記モノマー性またはポリマー性有機膜がグラフトされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
参照電極をさらに含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記電極が炭素電極である、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの対極が白金を含む、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記参照電極が銀を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記参照電極がＡｇＣｌをさらに含む、請求項４〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記印加することが、前記電極表面を、１００ｍＶ／秒の掃引速度で、前記参照電極に対して０Ｖ〜０．９Ｖの電流を印加することである、請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の分子を含む少なくとも１つの化合物を含む溶液と前記表面とを反応させた後、前記表面を洗浄することをさらに含む、請求項２〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上の分子を含む少なくとも１つの化合物を含む溶液と前記表面とを反応させた後、前記表面を超音波処理することをさらに含む、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記超音波処理を緩衝液中で行う、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性表面または半導性表面が少なくとも１つの微粒子を含む、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性表面または半導性表面が少なくとも１つのナノ粒子を含む、請求項２〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上の分子を含む少なくとも１つの化合物を含む溶液が酸化剤を含む、請求項２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、モノマー及びポリマー組成物、使用並びに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、知識の文書、行為または項目を参照またはこれを考察する場合、こうした参照または考察は、知識の文書、行為もしくは項目またはそのいずれかの組合せが、優先日において、公的に利用可能であり、公知であり、常識の一部であった、さもなければ応用可能な法規定下で先行技術の構成要素となると認めるものではなく；または本明細書が関わるいずれかの問題を解決する試みに関係することが分かっていると認めるものでもない。
【０００３】
モノマー及びポリマー組成物による表面改質は、接着、フィルムへの印刷、織物の染色、空気中での撥油性、食品包装、細胞培養皿、発酵処理での細胞支持体、生分解性ポリマー、バイオセンサー及び診断アッセイ、無菌包装、タンパク質及び細胞分離などの様々な分野においてその応用に強い関心の対象であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、モノマー及びポリマー組成物による表面を改質するニーズがある。
【０００５】
本発明の開示を容易にするため従来技術の特定の態様を考察してきたが、出願者らはこれらの技術的態様の請求権を決して放棄しておらず、特許請求した本発明は本明細書で述べた１つ以上の従来技術の態様を包含または含み得ると意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様に従えば、本発明は、式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、または（６）を有する１つ以上の分子を提供する：
（１）は：
【０００７】
【化１】
0006336612.tif 000002
【０００８】
を含み、
（２）は：
【０００９】
【化２】
0006336612.tif 000003
【００１０】
を含み、
（３）は：
【００１１】
【化３】
0006336612.tif 000004
【００１２】
を含み、
（４）は：
【００１３】
【化４】
0006336612.tif 000005
【００１４】
を含み、
（５）は：
【００１５】
【化５】
0006336612.tif 000006
【００１６】
を含み、
及び（６）は：
【００１７】
【化６】
0006336612.tif 000007
【００１８】
を含む。
【００１９】
式中、
Ｒ１＝ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ２、ＳＯ３Ｈ、ＳＲ４ＣＯＯＨ、ＳＲ４ＳＯ３Ｈ、マレイミド、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、タンパク質、核酸、またはナノ粒子；
Ｒ２＝Ｈ、アルケン、芳香族モノマー、芳香族オリゴマー、複素環式モノマー、または複素環式オリゴマー；
Ｒ３＝Ｒ２、リガンド、金属、タンパク質、核酸、またはナノ粒子；
Ｒ４＝−（ＣＨ２）ｔ−、−（ＣＨ２−Ｏ−ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
Ｘ＝Ｎ、Ｓ、Ｏ、Ｐ、−（ＣＨ２）ｔ−、芳香族モノマー、または複素環式モノマー；
Ｙ＝Ｎ、Ｓ、Ｏ、またはＰ；
Ｚ＝−（ＣＨ２）ｔ−、アルケン、ポリアルケン、芳香族モノマー、芳香族ポリマー、複素環式モノマー、または複素環式ポリマー；
ｍは、１〜２０であり；
ｎは、１〜２０であり；及び
ｔは、１〜２０である。
【００２０】
別の態様に従えば、本発明は、構造式（７）、（８）、（９）、または（１０）を有する１つ以上の分子を提供する：
（７）は：
【００２１】
【化７】
0006336612.tif 000008
【００２２】
を含み、
（８）は：
【００２３】
【化８】
0006336612.tif 000009
【００２４】
を含み、
（９）は：
【００２５】
【化９】
0006336612.tif 000010
【００２６】
を含み、
及び（１０）は：
【００２７】
【化１０】
0006336612.tif 000011
【００２８】
を含み、
分子（７）、（８）、（９）、及び（１０）は、分子（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、または（６）の具体的実施形態である。より具体的には、分子（７）及び（８）は、分子（３）の具体的実施形態であり、分子（９）は、分子（１）の具体的実施形態であり、そして分子（１０）は、分子（２）の具体的実施形態である。
【００２９】
さらなる態様に従えば、本発明は、１つ以上の分子（１）〜（１０）を含む１つ以上の化合物を提供する。
【００３０】
さらに別の態様に従えば、本発明は、１つ以上の分子（１）〜（１０）により改質された基体または表面を提供する。
【００３１】
さらに別の態様に従えば、本発明は、方法を提供する。本発明の原理に従って実施される方法は、概して、以下の順で実施してもよくしなくてもよい１つ以上の以下の工程を含み得る：
必要に応じて、１つ以上の分子（１）〜（１０）により改質される電極表面を準備すること；
１つ以上の分子（１）〜（１０）を含む溶液を準備すること；
該溶液を改質される電極表面と接触させること；
所定時間、改質される電極表面と少なくとも１つの対極との間に所定電位を印加すること；
必要に応じて、所定時間満了後、改質された電極表面を処理すること；及び
必要に応じて、改質された表面を検査または試験して、その特性のいずれかの変化を観察及び／または特徴付けること。
【００３２】
さらなる態様に従えば、本発明は、導電性または半導性表面上に、モノマー性またはポリマー性有機膜をグラフトする方法を提供する。この方法は：上記の式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、または（６）を有する１つ以上の分子を含む少なくとも１つの化合物を含む溶液と、表面を反応させることを含む。
【００３３】
本発明の１つの実施形態では、本発明の方法は、電極及び少なくとも１つの対極、並びに該電極と該少なくとも１つの対極との間に電位を印加することをさらに含む。場合により、該方法は、参照電極をさらに含む。
【００３４】
本発明の１つの態様では、該電極は炭素電極である。該少なくとも１つの対極は白金を含み、該参照電極は銀−塩化銀を含む。
【００３５】
本発明のさらに別の態様では、該導電性表面を、１００ｍＶ／秒の掃引速度で、該参照電極に対して０Ｖ〜０．９Ｖの少なくとも１回の電位掃引の印加により改質する。
【００３６】
別の態様に従えば、本発明は、該表面の洗浄工程をさらに含む。
【００３７】
さらに別の態様に従えば、本発明の表面を、緩衝液中で超音波処理する。
【００３８】
本発明の１つの実施形態では、該導電性または半導性表面は、少なくとも１つの微粒子または少なくとも１つのナノ粒子を含む。
【００３９】
本発明の１つの実施形態では、該溶液は、酸化剤をさらに含む。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明のさらなる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００４１】
上記のように、その広範な態様では、本発明は、上記の１つ以上の構造式（１）〜（１０）の構造式を有する１つ以上の分子を対象とする。本発明は、１つ以上の分子（１）〜（１０）を含む、から成る、または本質的に成る化合物も対象とする。かかる化合物は、
１つ以上の分子（１）〜（１０）により改質された表面を有する物質または基体の形態であってもよい。
【００４２】
本発明の改質された表面を、いくつかの代替方法に従って作製できる。
【００４３】
本発明の原理に従って実施される方法は、概して、以下の順に実施してもしなくてもよい１つ以上の以下の工程を含み得る：
必要に応じて、１つ以上の分子（１）〜（１０）により改質される電極表面を準備すること；
１つ以上の分子（１）〜（１０）を含む溶液を準備すること；
該溶液を改質される電極表面と接触させること；
所定時間、改質される電極表面と少なくとも１つの対極との間に所定電位を印加すること；
必要に応じて、所定時間満了後、改質された電極表面を処理すること；及び
必要に応じて、改質された表面を検査または試験して、その特性のいずれかの変化を観察及び／または特徴付けること。
【００４４】
例示的な実施形態では、導電性または半導性表面をボルタ電池中で改質する。この非限定的実施形態では、電極及び少なくとも１つの対極を外部回路により連結する。該電極と該少なくとも１つの対極との間に電位を印加して、その少なくとも部分が改質された表面を形成する電極を得る。必要に応じて、該電位を電圧計により読む。
【００４５】
本発明に記載の電極、対極、及び／または参照電極は、これに限定されないが、炭素、Ｐｔ、及び／またはＡｇ／ＡｇＣｌ電極を含む当技術分野で公知の物質であり得る。本発明の記載の電極及び対極は、テキサス州オースチンのＣＨインスツルメンツ社から得られるタイプのものであり得る。
【００４６】
本発明に記載の電極を、以下の非限定的な例により準備できる。ガラス状炭素電極を、先ず、１５００グリットのサンドペーパーを用いて磨き、約２分間脱イオン水（ＤＩ水）中で超音波処理する。それから、炭素電極を２５００グリットのサンドペーパーを用いて再度磨き、約２分間ＤＩ水中で超音波処理する。アルミナマイクロビーズペーストを用いて、該電極を研磨布で磨き、約２分間、再度超音波処理する。本発明に記載の研磨布は、イリノイ州レイクブラフのビューラー社から得られるタイプのものであり得る。
【００４７】
それから、この磨いた電極を、必要に応じて、酸を用いて電気化学的にエッチングできる。適切な酸としては、硫酸、リン酸、硝酸などが挙げられるが、これに限定されない。非限定的な例では、電極を、約５分間１．８Ｖで、１Ｍ硫酸を用いてエッチングする。このエッチした電極を塩基中に浸漬して、表面から残留するアルミナビーズをエッチングする。適切な塩基としては、アルカリ塩基、アルカリ性塩基などを含む無機塩基が挙げられるが、これに限定されない。１つの非限定的な例では、電極を約５分間、１Ｍ水酸化カリウムに浸漬する。電極を酸で処理し、表面がボルタモグラムでの電位掃引間で最小の変動を示すまで、少なくとも１回電位を掃引印加する。非限定的な例では、１００ｍＶ／秒、約−０．５Ｖ〜約１．２Ｖで、１Ｍ硫酸を用いて、電極を２５サイクル処理する。
【００４８】
例証となる例に従えば、１つ以上のモノマー及び／または１つ以上のポリマーを含む溶液を緩衝液で調製する。本発明に記載の緩衝液は酸性、塩基性、または中性であり得る。本発明に記載の１つ以上のモノマー及び／または１つ以上のポリマーを含む溶液は、約０．１ｍＭ〜２０ｍＭ、好ましくは５ｍＭ〜１５ｍＭの範囲の濃度であり得る。例示的な実施形態では、該１つ以上のモノマー及び／または１つ以上のポリマーを含む溶液は、室温においてｐＨ７．２のリン酸緩衝液で調製された１０ｍＭ溶液である。
【００４９】
該表面の電気化学的特性を、表面改質前に酸化還元プローブを含む緩衝溶液中で、必要に応じて試験する。例示となる例では、該酸化還元プローブは、Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６であり、該表面の試験用緩衝溶液は、室温においてｐＨ７．２の緩衝液中に１０ｍＭのＫ４Ｆｅ（ＣＮ）６を含む。非限定的な例では、表面改質前に得られた電流（ｉアノード、未改質）を、２５ｍＶ／秒で−０．１Ｖ〜０．６５Ｖの印加１サイクルにより測定する。未改質表面を反映する表面積及び他電極力学的特性を測定電流ｉアノード、未改質から推測できる。
【００５０】
ボルタメトリー法に従って、表面に電位を印加することにより表面改質を行う。非限定的な例では、１００ｍＶ／秒で１０サイクル、表面に０Ｖ〜１Ｖを印加する。
【００５１】
必要に応じて、表面改質後、該表面を洗浄して弱く吸着した１つ以上のモノマー及び／または１つ以上のポリマーを除去する。表面洗浄のための適切な方法としては、該表面を撹拌して弱く吸着した１つ以上のモノマー及び／または１つ以上のポリマーを除去することが挙げられるが、これに限定されない。例示的な実施形態では、表面を先ず緩衝液中で、約１分〜２０分間、好ましくは約１０分間、超音波処理し、それから、エタノール中で、さらに約１分〜２０分間、好ましくは約１０分間、超音波処理する。
【００５２】
表面の電気化学的特性を、必要に応じて、表面改質後に酸化還元プローブを含む緩衝溶液中で試験する。例示となる例では、該酸化還元プローブは、Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６であり、該表面の試験用緩衝溶液は、室温においてｐＨ７．２の緩衝液中に１０ｍＭのＫ４Ｆｅ（ＣＮ）６を含む。非限定的な例では、表面改質後に得られた電流（ｉアノード、改質）を、２５ｍＶ／秒で−０．１Ｖ〜０．６５Ｖの印加１サイクルにより測定する。
【００５３】
必要に応じて、モノマーまたはポリマーブロックパーセントを、次式を用いて、表面改質前と表面改質後との電流差から算出する：
【００５４】
ブロックパーセント＝（ｉアノード、未改質−ｉアノード、改質）÷ｉアノード、未改質。
【００５５】
ポリマー及びモノマー分子が表面に結合するとき、誘電体層を形成する。この層は、電極表面により密着したＫ４Ｆｅ（ＣＮ）６が電子移動を起こさせない。これにより、ボルタメトリー掃引でアノード及びカソード電流ピークが低下する。表面結合度を、ブロック％算出値を用いて推測できる。例えば、改質前に得られたアノードピーク電流ｉアノード、未改質（［００３１］で説明）から、改質後に得られたアノードピーク電流ｉアノード、改質（工程［００３４］）を差し引き、ブロック％＝（ｉアノード、未改質−ｉアノード、改質）／ｉアノード、未改質を得ることができる。このブロックパーセントは、Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６（酸化還元プローブ）と電極との間の電子移動反応できない表面積パーセントを示す。該表面が１００％ブロックされている場合、ｉアノード、改質＝０である。
【００５６】
本発明の要素を説明したが、全体として、本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明の構成及び方法を修飾できることを当業者は理解するだろう。
【００５７】
本明細書に記載の組成物は、明示的に反対の意味に指示されない限り、本明細書に特定された様々な構成要素から成る、から本質的に成る、並びにこれらを含む組成物を包含すると意図される。
【００５８】
本明細書で使用された成分、構成要素、反応条件等の量を示す数はいずれも、全ての場合において「約」という語により修飾されているだけでなく、本明細書で特定された正確
な数値を包含していると解釈されるものとする。記述している数値の範囲及びパラメーターにもかかわらず、本明細書に示された広範な主題の範囲は近似であり、記述された数値は可能な限り正確に示されている。しかしながら、いかなる数値もそれぞれの測定技術で見られる標準偏差から明らかであるように特定の誤差または不正確さを本質的に含み得る。本明細書で列挙した特徴はいずれも、「手段（means）」という語が明示的に使用されない限り、米国特許法第１１２条第６段落を適用するものとして解釈されるべきではない。