(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性蒸着によって生成される少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層を含み、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの少なくとも１つの酸化物を含むコーティングを有する生物学的蛍光測定を行うための器具の製造方法であって、前記コーティングが０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示すように形成して、前記器具の少なくとも１つの画像領域のバックグラウンド蛍光を減少させる、器具の製造方法。
【請求項２】
前記器具の少なくとも前記画像領域上に前記コーティングを蒸着させることをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項３】
前記コーティングと同じ低蛍光コーティングを有する前記器具の非画像領域をコーティングすることをさらに含む、請求項２に記載の器具の製造方法。
【請求項４】
前記コーティングが、顕微鏡対象に従って設計される特定のパターンに従って行われる、請求項２に記載の器具の製造方法。
【請求項５】
高解像度のコーティングとアブレーションを組み合わせることによってコーティングパターンの高解像度を達成することをさらに含む、請求項４に記載の器具の製造方法。
【請求項６】
前記パターンの特定の疎水性／親水性に関して特定のパターンを設計することをさらに含む、請求項４に記載の器具の製造方法。
【請求項７】
レーザーアブレーションによってパターニングされた前記コーティングを生成することをさらに含む、請求項４に記載の器具の製造方法。
【請求項８】
前記画像領域が、マルチウェルプレート中のウェル底部、箔またはその領域、エンボス箔またはその領域、連続アレイテープ、箔金属インサート、ラボ・オン・ホイル、ＤＮＡまたはタンパク質マイクロアレイ、スライドガラス上の領域、フローセル中のフローチャネル、顕微鏡パッドまたはその領域、マイクロビーズ、膜またはその領域、ならびにバイオチップのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の器具の製造方法。
【請求項９】
前記器具の少なくとも前記画像領域上にコーティングを有する箔を接着させることをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１０】
その側面の少なくとも一方にコーティングを有する箔から前記器具を製造することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１１】
前記箔が両面にコーティングを有する、請求項１０に記載の器具の製造方法。
【請求項１２】
前記器具が膜の要素である、請求項１１に記載の器具の製造方法。
【請求項１３】
前記器具が、マルチウェルプレート、コーティングされたスライドガラス、エンボス箔、フローセルのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１４】
特定の分子の結合を増強するように前記コーティングを形成することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１５】
特定の親水性／疎水性をもたらすように前記コーティングを形成することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１６】
細胞毒性が特定の閾値未満になるようにコーティングを形成することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１７】
ガス放出レベルが特定の閾値未満になるようにコーティングを形成することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１８】
コーティング特性を制御するために、前記少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層上へのオーバーコートを適用することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項１９】
前記コーティングの多孔性を調整することによってマーカーの解像度または結合の解像度を増強することをさらに含む、請求項１に記載の器具の製造方法。
【請求項２０】
反応性蒸着によって生成される少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層を含み、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの少なくとも１つの酸化物を含むコーティングを有する生物学的蛍光測定を行うための器具であって、前記コーティングが０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示すように形成されて、前記器具の少なくとも１つの画像領域のバックグラウンド蛍光を減少させる、器具。
【請求項２１】
前記コーティングが、顕微鏡対象に従って設計される特定のパターンを有する、請求項２０に記載の器具。
【請求項２２】
前記コーティングが、特定の疎水性／親水性を示す特定のパターンを有する、請求項２０に記載の器具。
【請求項２３】
前記器具がマルチウェルプレートであり、前記少なくとも１つの画像領域がそのウェル底を含む、請求項２０に記載の器具。
【請求項２４】
前記器具がスライドガラスであり、前記少なくとも１つの画像領域がその上にパターニングされている、請求項２０に記載の器具。
【請求項２５】
前記器具がフローセルであり、前記少なくとも１つの画像領域がその中にフローチャネルの少なくとも一部を含む、請求項２０の記載の器具。
【請求項２６】
前記器具が前記コーティングを有する箔である、請求項２０に記載の器具。
【請求項２７】
前記器具が画像領域のようなコーティングされたくぼみを有するエンボス箔である、請求項２０に記載の器具。
【請求項２８】
前記器具が、コーティングを有し、前記少なくとも１つの画像領域で前記器具に接着した箔を含む、請求項２０に記載の器具。
【請求項２９】
前記器具が、両面に前記コーティングを有する膜である、請求項２０に記載の器具。
【請求項３０】
前記コーティングが、特定の分子の結合を増強するように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３１】
前記コーティングが、２００〜２８０ｎｍの入射波長の範囲および２８０ｎｍ〜３８０ｎｍの蛍光波長の範囲にわたって、１０−９以下の入射光子数の蛍光率を示すように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３２】
前記コーティングが、０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって、２％未満の半球反射率を示すように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３３】
前記コーティングが、直径５〜２０ミクロンの細孔の大部分で、５０％の表面多孔率を示すように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３４】
前記コーティングが、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５に従って、１０％ウシ胎児血清を含む培地中のＬ９２９マウス線維芽細胞を用いて測定した時に、有意な細胞毒性を示さないように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３５】
前記コーティングが、１０６４ナノメートル（ｎｍ）の波長、１μ秒のパルス長、２０ｋＨｚの繰り返し率、および１．８×１０−２ｃｍ２の試料上のビームサイズ（Ａｅｆｆ）での６０秒間の直接照射の条件下で、４００Ｗ／ｃｍ２以上のレーザー誘起損傷閾値を示すように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３６】
前記コーティングが、ポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、またはストレプトアビジンにコンジュゲートされる、請求項２０に記載の器具。
【請求項３７】
前記コーティングが特定の閾値未満の細胞毒性を有するように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３８】
前記コーティングが特定の閾値未満のガス放出レベルを有するように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項３９】
コーティング特性を制御するために、前記少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層上へ適用されるオーバーコーティングをさらに含む、請求項２０に記載の器具。
【請求項４０】
前記コーティングが、マーカーの解像度または結合の解像度を増強するように調整された多孔性を有するように形成される、請求項２０に記載の器具。
【請求項４１】
前記コーティングの酸素原子に対するアルミニウム原子比が０．６６〜４．８である、請求項２０に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実験室分析のための器具の分野、特に、蛍光測定のための器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光測定は、医学、生物学、および化学の分野ならびに他の分野で広く普及している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一態様は、反応性蒸着によって生成された少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層を含み、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの少なくとも１つの酸化物を含むコーティングを有する器具の少なくとも１つの画像領域を生成することによって器具のバックグラウンド蛍光を減少させることを含む方法であって、そのコーティングが、０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示すように形成される方法を提供する。特定の実施形態において、このコーティングは、細かい蒸着およびアブレーションパターンを適用することによって、かつその多孔性により高解像度を達成し、かつ非毒性で、ガスを放出しない。
【０００４】
本発明のこれらの、付加的な、および／または他の態様ならびに／または利点は、以下の発明を実施するための形態に記載されており、発明を実施するための形態から推測でき、かつ／または本発明の実行により理解できる。
【０００５】
本発明の実施形態をより良く理解するため、かつ本発明の実施形態を実行できる方法を示すために、これから単なる例として添付の図面を参照するが、その中の同じ数字は全体を通して対応する要素またはセクションを指定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１Ａ〜１Ｆは、本発明のいくつかの実施形態による画像領域におけるバックグラウンド蛍光が低減した器具の高レベル模式図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｇ、本発明のいくつかの実施形態による器具の画像領域においてバックグラウンド蛍光を低減するコーティングの高レベル模式図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による多孔質フラクタルセラミック層の例示的な顕微鏡画像である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、本発明のいくつかの実施形態によるコーティングの多孔性およびフラクタル構造を示す。
【図５】図５Ａ〜図５Ｉは、本発明のいくつかの実施形態によるコーティングの蛍光および反射測定を示す。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるコーティングのレーザー誘起損傷に関する設定および測定値を示す。
【図７】本発明のいくつかの実施形態による大量生産量でコーティング箔の生成を可能にする、真空チャンバー内で行われるインラインプロセスのスキームを示す。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による方法を模式的に示す高レベルフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
詳細説明を記載する前に、本明細書の以下で使用する特定の用語の定義を記載することが有益であり得る。
【０００８】
本出願において使用する用語「器具」または「装置」は、蛍光測定、例えば、生物学的、医学的または化学的な蛍光測定を行うために使用される任意の物品を指す。非限定的な例として、用語「器具」は、マルチウェルプレート、箔、エンボス箔、連続アレイテープ、箔金属インサート、ラボ・オン・ホイル（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｆｏｉｌ）、ＤＮＡまたはタンパク質のマイクロアレイ、スライドガラス、フローセル、顕微鏡パッド、マイクロビーズ、膜、バイオチップおよび蛍光測定に使用される他の生命科学製品のうちのいずれかを指すものと理解され得る。
【０００９】
本出願で使用する用語「セラミック」は、結晶構造、部分的に結晶構造または非晶構造を有する無機非金属固体を指す。非限定的な例では、本出願において使用する用語「セラミック」は、１つまたは複数の金属および／またはそれらの対応する酸化物からなる無機固体を指す。
【００１０】
本出願で使用する用語「誘電体」とは、印加電界によって分極される電気的絶縁材料を指す。非限定的な例では、ほとんどのセラミックが誘電体である。
【００１１】
文脈が特に反対のことを示さない限り、用語「金属（複数可）」には、その単一の金属元素および混合物ならびにそれらの合金が含まれる。
【００１２】
「バルブ金属」は、陽極として用いられる場合には、酸化されると電流の通過を可能にするが、陰極として用いられる場合には、電流の流れを阻止する金属を指す。バルブ金属の例としては、マグネシウム、トリウム、カドミウム、タングステン、スズ、鉄、銀、シリコン、タンタル、チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびニオブが挙げられる。他の実施形態において、バルブ金属は、マグネシウム、トリウム、カドミウム、タングステン、スズ、鉄、銀、シリコン、タンタル、チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびニオブからなる群から選択される。
【００１３】
用語「真空蒸着」には、熱抵抗蒸着、電子ビーム蒸着、電気アーク蒸着、レーザー蒸着およびスパッタリングを含む公知の真空蒸着技術が含まれる。
【００１４】
「ポリペプチド」は、モノマーがアミド結合を介して結合したアミノ酸残基であるポリマーを指す。アミノ酸がα−アミノ酸である場合、Ｌ−光学異性体またはＤ−光学異性体のいずれかを使用することができ、Ｌ−異性体が好ましい。本明細書で使用する用語のポリペプチドまたはタンパク質は、任意のアミノ酸配列を包含し、糖タンパク質などの修飾配列を含む。ポリペプチドという用語は、具体的には、天然に存在するタンパク質、ならびに組換えまたは合成により生産されたものを包含することが意図される。抗体は、ポリペプチドの多くの例のうちの単なる１つである。
【００１５】
「タンパク質」は、遺伝子によって発現され、アミノ酸から構成されている生体分子を指す。
【００１６】
本明細書で使用する「含む」は、言及される規定の特徴、整数、工程、または構成要素の存在を特定するものとして解釈されるべきであるが、１つまたは複数の特徴、整数、工程、構成要素もしくはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。したがって、例えば、所与のコーティングを含む装置は追加の成分を含有してもよい。さらに、用語「含む」は、用語「から本質的になる」および「からなる」によって包含される実施形態を別の実施形態として含むことが意図される。「から本質的になる」という語句は、単独で、または本発明の特許請求の基本的および新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない追加の材料もしくは工程と組み合わせて、特許請求の範囲を記載の材料または工程に制限する。
【００１７】
蛍光は、電磁放射、特に可視光の放出である。誘起蛍光は、入射光または他の電磁放射線を吸収することによって、物質の中で刺激される蛍光であり、典型的には、刺激放射が継続される限り、またはその後に定義された間隔の間だけ持続する。蛍光は発光の形態である。ほとんどの場合、放出された光は、吸収された放射線よりも長い波長を有し、したがってより低いエネルギーを有する。しかし、吸収された電磁放射が強いときに、１つの電子が２つの光子を吸収することが可能になる。この２つの光子吸収は、吸収された放射線よりも短い波長を有する放射線の放出をもたらすことができる。放出された放射線はまた、吸収される放射線と同じ波長であってもよく、これは「蛍光共鳴」と呼ばれる。
【００１８】
反射率は、対照的に、波面がそれが生じる媒質中に戻るような、２つの異なる媒質間の界面における波面の方向の変化である。光の反射は、インタフェースの性質に応じて（鏡に似た）鏡像または（エネルギーを保持するが、画像を失う）拡散のいずれかであり得る。さらに、反射波の位相は保持または反転され得る。反射は、入射放射束に対する反射放射束の比として表されるか、または反射係数、すなわち同じように照射され、可視化される完全拡散反射面（ｐｒｄ）によって反射されたフラックスに対する、一定方向にある試料によって反射されたフラックスの比として表されてもよい。
【００１９】
マイクロプレート／マイクロウェルプレート／マイクロタイタープレートは、分析研究および臨床診断検査室で標準的なツールとなっている。マイクロプレートは、遺伝子の発見、薬物スクリーニング、タンパク質分析、アッセイの開発および検証、生体分子の濃度測定、ならびに品質管理および製造プロセスのために広く使用されている。それらはまた、ハイスループットスクリーニング用途、ＤＮＡの定量および品質管理のために使用されている。それらの利点には、少量の試料／試薬容量およびマルチパラレルオンプレート分析が含まれる。最も一般的なフォーマットは９６ウェルプレートであり、６、１２、２４、４８、３８４、１５３６および３４５６ウェルプレートも利用可能である。
【００２０】
マイクロプレートは、異なるウェルの形状（平底、丸底、Ｖ字形または深いウェルが利用可能である）、異なる光学読み出しのための（例えば、蛍光には黒；発光には白）着色マイクロプレート、上部もしくは下部蛍光読み取りのためのそれぞれ無地底のウェルまたは透明底のウェル、異なるプラスチック（ポリスチレン、ポリプロピレンなど）、様々なコーティング（例えば、非特異的結合の低減、処理される組織培養など）を含む様々な種類で利用可能である。
【００２１】
最も一般的に使用されるポリマーは、ほとんどの光検出マイクロプレートに使用されるポリスチレンである。これは、光吸収もしくは発光検出のために二酸化チタンを添加することによって白色に着色されるか、または生物学的蛍光アッセイのために炭素を添加することによって黒色に着色され得る。特に透明ではない堅い黒色ポリスチレンプレートは、ウェル間のクロストークおよびバックグラウンドを低減するように設計されている。細胞ベースアッセイおよび顕微鏡用途での使用には透明な底を有する黒色プレートが利用可能であり、上部または下部の読み取り機能を可能にする。
【００２２】
ポリプロピレンは、−８０℃での貯蔵および熱サイクルなどの温度の大幅な変化にさらされるプレートの構築のために使用される。ポリプロピレン材料はまた、多くの一般的に使用される溶剤に対する耐性も高い。ポリプロピレンマイクロプレートは、化合物の貯蔵またはＤＭＳＯおよびエタノールを含む溶剤に対して高い耐性を必要とするアッセイに最適である。これは、新規化合物の長期保存に優れた特性を有する。黒色ポリプロピレンマイクロプレートは、蛍光アッセイに使用でき、ポリスチレンプレートで観察される非特異的結合の問題を軽減できる。
【００２３】
ポリカーボネートは、安価で、成形が容易であり、ＤＮＡ増幅のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法用の使い捨てマイクロプレートに使用される。シクロオレフィンは、新しく開発したアッセイで使用するための紫外光を透過するマイクロプレート用の材料として現在使用されている。
【００２４】
柔軟なビニル（ＰＶＣ）マイクロプレートは、経済的で、一般的な非滅菌アッセイ用９６ウェルプレートである。それらの柔軟な性質のために、これらのマイクロプレートは、オートメーションに適合しない。
【００２５】
最も一般的な製造プロセスは、ポリスチレン、ポリプロピレンおよびシクロオレフィンのために使用される射出成形金型である。真空成形は、ポリカーボネートなどのより軟質のプラスチックを用いると使用できる。
【００２６】
フィルタープレートおよびＳＰＥプレートならびにいくつかの高度なＰＣＲプレートデザインなどの複合マイクロプレートには、別々に成形され、後で完成品に組み立てられる複数の成分が使用される。
【００２７】
ポリスチレンおよびポリプロピレンなどのポリマーは、通常、未処理で、様々な温度に対して疎水性であり、水をはじくかまたは非湿潤性のいずれかである。特殊な表面処理が、異なる用途用の表面を生成するように開発されてきた。
【００２８】
蛍光ベースの様々なアッセイは、マルチウェルプレート中で実施される。標準的な蛍光ベースのアッセイに加えて、これらのアッセイには、ドナー蛍光体としてユーロピウムキレート、テルビウムキレート、および／またはサマリウムキレートを用いるＴＲ−ＦＲＥＴアッセイであるＤＥＬＦＩＡアッセイなどのより特殊化したアッセイを含む蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）が含まれる。ＤＥＬＦＩＡアッセイは時間分解ＦＲＥＴ技術（ＴＲ−ＦＲＥＴ）を利用する。
【００２９】
試料量の制限および時間とコストを削減する必要性により、新しい技術が開発されてきた。これらには、従来のＥＬＩＳＡアレイとは対照的に、研究者が単一ウェル内で一度に複数の検体を試験することを可能にするマルチプレックスアッセイ法が含まれる。多重化は、シングルプレックスアッセイを上回るいくつかの明確な利点を提供する。例えば、マルチプレックスアッセイでは、研究者は、シングルプレックスアッセイよりも所定量の試料からはるかに急速により多くのデータを抽出できる。典型的なＥＬＩＳＡは、１つのタンパク質について１ウェルあたり１００〜２００μｌの試料が必要である。比較すると、典型的なマルチプレックスアッセイは、多くの場合、１反応あたり５０μｌ未満を必要とする。マルチプレックスアッセイはまた、（複数の検体を並行して分析するので）個々のシングルプレックスアッセイよりも速く、自動化に適しており、試薬の節約にもなるためコスト削減につながる。
【００３０】
生体物質の分離用の膜は、当技術分野で公知であり、様々な目的に有用である。
【００３１】
上記のいずれも、以下に記載する器具と考えてよい。
【００３２】
これから図面を詳細に特に参照すると、示されている詳細は、単なる例であり、本発明の好ましい実施形態の例示的な議論の目的のためのものであると強調され、本発明の原理および概念的態様の最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられていることを提供するために提示される。この点において、本発明の基本的な理解に必要な本発明の構造的詳細をより詳細に示す試みはせず、本発明のいくつかの形態を実際に具体化できる方法は、図面と共に本明細書を利用することで当業者に明らかになる。
【００３３】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその適用において、以下の説明に記載し、図面に示した構造の詳細および構成要素の配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に適用可能であるか、または様々な方法で実施もしくは実行される。また、本明細書中で用いられる表現および用語は説明のためのものであり、制限するものとみなされるべきではないことを理解されたい。
【００３４】
図１Ａ〜１Ｆは、本発明のいくつかの実施形態による、画像領域１１０でバックグラウンド蛍光が低減した器具１００の高レベル模式図である。非限定的な適用例として、図１Ａはマルチウェルプレートを示し、図１Ｂおよび１Ｃは異なるデザインを有するスライドガラスを示し、図１Ｄはエンボス箔を示し、図１Ｅはフローセルを示し、図１Ｆは底層としてコーティング箔を有するマルチウェルプレートを示す。
【００３５】
図２Ａ〜２Ｇは、本発明のいくつかの実施形態による、画像領域１１０における器具１００のバックグラウンド蛍光を減少させるコーティング１２０の高レベル模式図である。非限定的な例として、図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、担持基板１０２（例えば、金属層）上に蒸着した多孔質フラクタルセラミック層１２２を有するコーティング１２０を示す。担持体１０２は、任意の材料で作ることができ、器具１００の一部であるか、または追加の材料（例えば、接着された箔）であり得る。セラミック層１２２の多孔性の定量のために、以下の実施例７を参照されたい。コーティング１２０は、器具１００の一部であるか、または追加の担持体であり得る担持体１０２などの基板上に１つまたは複数の工程で蒸着させることができる。コーティング１２０自体は、本質的にセラミック、本質的に金属またはセラミックと金属材料の混合物であり得る。
【００３６】
図２Ａは、層１２２の表面積を増加させ（矢印１２３Ａ）、同時に層１２２を介して孔を作製する（矢印１２３Ｂ）セラミック層１２２のフラクタル性を模式的に示す。本発明者らは、フラクタル構造が、様々な波長範囲における吸収および蛍光などのコーティング１２０の光学特性における厳密な制御、ならびに疎水性および親水性、ガス放出および毒性のレベル（下記参照）、ならびに生体分子に結合するコーティング能力などのコーティング１２０の物理的、化学的および生物学的結合特性における厳密な制御を可能にする方法で制御可能であることを発見した。層１２２のフラクタルのパラメータは、蒸着プロセスの間および蒸着プロセスのパラメータを制御することによって制御することができ、したがって上述したように、特定の用途に関して決定され得る。
【００３７】
図３Ａ〜３Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、多孔質フラクタルセラミック層１２２の例示的な顕微鏡像である。図３Ｂはセラミック層１２２の断面図であり、図３Ａおよび図３Ｃ〜３Ｅは、セラミック層１２２の上面図である。図３Ａ〜３Ｅは、層１２２の以下の種類のフラクタル構造：樹状突起（図３Ａ）、珊瑚様（図３Ｂ）およびカリフラワー様（図３Ｃ〜３Ｅ）を示す。
【００３８】
図２Ｂは、セラミック層１２２上に蒸着し、コーティング１２０の一部であり得るオーバーコート層１２１を模式的に示す。オーバーコート層１２１は、コーティングの表面エネルギーを制御し、疎水性または親水性の等級を決定するために選択され得る。オーバーコート層１２１は、セラミック層１２２とコーティング１２０に結合される関連分子との間の架橋により結合を増強するように選択できる。オーバーコート層１２１は、コーティング１２０の生成後に、例えば、コーティング箔上に適用できる。特定の実施形態において、オーバーコート層１２１は、セラミック層１２２よりも実質的に薄くてよい。例えば、セラミック層１２２が数十μｍ厚（例えば、１０〜３０μｍ）または数μｍ厚（例えば、０．３〜１０μｍ）であり、オーバーコート層１２１が１桁または２桁（例えば、０．１〜２μｍ）より薄くてもよい。オーバーコート層１２１は、コーティング部材の片側または両側に適用できる。オーバーコート層１２１は、それ自体多層であってもよい。オーバーコート層１２１は、エポキシ、ＳｉＯ２または他の関連する材料などのポリマーを含んでもよい。
【００３９】
図２Ｃは、オーバーコート層１２１に接着した結合分子１２５を模式的に示す。分子１２５は、器具１００の様々な機能を可能にするように選択でき、以下に例示した様々な分子のいずれかを含むことができる。分子１２５は、セラミック層１２２に直接結合してよい。分子１２５は、複数種の分子を含んでよく、多層結合（例えば、いくつかの抗原）を可能にする。分子１２５は、多孔質フラクタルセラミック層１２２上に結合した生体分子１２５であってよい。生体分子１２５は、層として、または任意のパターンで、かつ要件によって特定された任意の量で適用できる。
【００４０】
図２Ｄは、オーバーコート層１２１に接着した層１２７を模式的に示す。層１２７は、任意の組成物の任意の液体を含んでよい。例えば、層１２７は、顔料溶液などのマーキング材料を含んでよい。層１２７は、セラミック層１２２中の孔１２３Ｂでより厚い膜領域を形成し、それにより、局在効果を生み出し、これを利用して、例えば、層１２７中の顔料の検出効率を向上させることができる。したがって、コーティング１２０のフラクタル形状を用いて、必要なシグナルを濃縮し、器具１００が使用される試験のためにより高い感度を達成できる。層１２７は、セラミック層１２２上、および器具１００の片側または両側に直接結合していてもよい。
【００４１】
図２Ｅは、（基板１０２で作られた）箔１００の両側におけるコーティング１２０を模式的に示す。セラミック層１２２は、それらの特性に類似するか、または（例えば、厚さ、多孔性、組成などが）互いに異なってもよく、異なる目的に有用であり得る。箔１００の片側または両側は、上記のオーバーコート層１２１および／もしくは結合分子１２５ならびに／または層１２７をさらに含んでよい。
【００４２】
特定の実施形態において、片側または両側上にコーティング１２０を有する箔１００は、貫通してエッチングされ、したがって孔を含んでよい。特定の実施形態において、エッチング箔１００を用いて膜構造を生成するか、またはこのような箔の積層を膜エレメントとして使用してもよい。特定の実施形態において、コーティング１２０は、孔の面積と孔の間に残された材料の面積の間の比が高い、例えば、孔／材料比が１を超える多孔性箔または膜に適用できる。このような実施形態において、コーティング１２０は、孔の内側および箔または膜表面に適用できる。
【００４３】
図２Ｆは、類似または異なる特性（組成、空間構造、多孔性など）を有する複数のセラミック層１２２Ａ、１２２Ｂを有するコーティング１２０を模式的に示す。複数の層は、結合効率、表面エネルギー、多孔性、毒性、ガス放出、光学パラメータおよび蛍光などのパラメータに関して必要なコーティング特性を提供できる。
【００４４】
図２Ｇは、基板１０２に蒸着または接着した金属層１２４上に蒸着したセラミック層１２２を有するコーティング１２０を模式的に示す。上記の層の任意の組み合わせを用いて、特定の要件を満たすことができる。
【００４５】
器具１００は、少なくとも１種類の金属層１２４上に蒸着した少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層１２２を含むコーティング１２０を有する。セラミック層１２２は、反応性蒸着により生成され、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの少なくとも１つの酸化物を含んでよい。コーティング１２０は、器具１００の少なくとも１つの画像領域１１０のバックグラウンド蛍光を減少させるために、０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示すように形成されてよい。本発明のいくつかの実施形態によるコーティング１２０の代表的な調製については、以下の実施例１および２を参照されたい。
【００４６】
特定の実施形態において、器具１００は、画像領域としてコーティングされたウェルの底部を有するマルチウェルプレートであってもよい。器具１００は、パターン化されたコーティング画像領域を有するスライドガラスであってもよい。例えば、器具の実施形態のいずれかにおいて、コーティング１２０は、顕微鏡対象に応じて設計された特定のパターンを有してよい。コーティングパターンは、特定の疎水性／親水性特性を示すことができる。器具１００は、少なくとも部分的にコーティングされたフローチャネルを有するフローセルであってもよい。
【００４７】
特定の実施形態において、器具１００は、コーティングを有する箔であってもよい。器具１００は、画像領域としてコーティングされたくぼみを有するエンボス箔であってよい。箔は、その両側にコーティング１２０を有してもよい。器具１００は、器具１００の画像領域に接着されたコーティング１２０を有する箔を含んでよい。特定の実施形態において、器具１００は、両側にコーティング１２０を有する膜であり得る。コーティング１２０の低蛍光性の証拠については、以下の実施例３〜６を参照されたい。
【００４８】
器具の種類
特定の実施形態において、器具１００は、内部に液体を収容するのに適する複数の容器（「ウェル」）を含むマルチウェルプレート（図１Ａ）、すなわちフレームを含む装置を含んでよい。マルチウェルプレートの代表的な、非限定的な実施形態は、実験室アッセイを行うためのプレートおよび組織培養用のプレートである。特定の、より具体的な実施形態において、プレートは、接着細胞を含む実験室アッセイを行うのに適している。したがって、アッセイが数時間超続くことが意図される場合、プレートは滅菌可能であり、ウェルの内面は細胞接着のための基板を含み、水溶液がウェル中でインキュベートされる時に、かなりの量の１つまたは複数の細胞毒性物質を溶出しない。他の実施形態において、プレートは、懸濁細胞培養における実験室アッセイを行うのに適している。アッセイが数時間超続くことが意図される場合、プレートは滅菌可能であり、ウェルの内面は細胞接着のための基板を含む必要はないが、水溶液がウェル中でインキュベートされる時にはいかなる場合においても、かなりの量の１つまたは複数の細胞毒性物質を溶出しない。この文脈において「かなりの量」は、例えば、様々な実施形態において、３７℃にて細胞培地中で２４時間インキュベーションした後、細胞数を５％、１０％、２０％または３０％減少させることによって、かなりの程度まで細胞生存率に悪影響を及ぼす細胞毒性物質の量を指す。特定の実施形態において、ウェルの内面は、金属および誘電材料を有するコーティング１２０を含む。様々な実施形態において、記載の内面は、ウェルの底部の内面上にだけ、またはウェルの底部内面とウェルの壁の内面の両方に存在する。
【００４９】
特定の実施形態において、器具１００は、マルチウェルプレート、例えば、マルチプレックスＥＬＩＳＡのために適用されるものを含んでよい。マルチプレックスＥＬＩＳＡアレイは、いくつかの異なる捕捉抗体が定義されたアレイ内の９６ウェルプレートの各ウェルに吸着されているＥＬＩＳＡに基づく定量的試験である。これらのアレイは２００〜４００μｍ径およびスポット間に数百μｍのピッチを有する特定のスポットで構成されている。各スポットは、異なる別々の捕捉抗体集団を表す。器具１００は、任意の数のスポット（例えば、４スポット、７スポット、１０スポット）を担持するように構成され、それぞれの数のスポットについて様々なパターンでコーティング１２０を含んでよい。
【００５０】
特定の実施形態において、マイクロスポットは、非結合領域から結合領域（スポット）に接する小さな頂上部を有する。あるいはまたはさらに、スポットと非結合領域の両方は黒である（すなわちコーティング１２０によってコーティングされている）。あるいはまたはさらに、スポットの外側表面は、生体分子が結合せず、スポット間の後方散乱光とクロストークを最小限に抑えるように設計されている。
【００５１】
特定の実施形態において、器具１００は、エンボス箔を含む（図１Ｄ）。特定の実施形態において、箔には、一定のパターンで、マルチウェルプレート処理装置に適する穴またはウェルがエンボス加工されている。
【００５２】
特定の実施形態において、器具１００は、伝統的な形のマルチウェルプレートを含む（図１Ａ）。このようなプレートは、複数の試薬ウェルを含む、典型的には実質的に長方形または正方形の枠を有する。フレームは、マルチウェルプレート処理装置に対して平らまたは相補的な表面を有する場合が多く、フレームはその上に置かれることが意図される。したがって、この表面は、プレートがその意図する方向にある時に底部にある。ウェルの開口部は、この方向で上向きである。いくつかの実施形態において、プレートの基板は、多くの場合、その全体的な形状を付与するポリマーで構成されており、基板は金属および誘電材料の混合物でコーティングされるか、または他の実施形態において、金属および誘電材料の別々の層でコーティングされる。
【００５３】
マルチウェルプレートとしての器具１００は、所望の形状を有するポリマーを本明細書に記載のコーティングでコーティングすることにより製造できる。プレートは、本明細書に記載の実施形態のいずれかを有する本明細書に記載のプレートのいずれかであってもよく、それらの各々は別々の実施形態と考えられる。コーティングは、本明細書に記載の実施形態のいずれかを有する本明細書に記載のコーティングのいずれかであってもよく、それらの各々は別々の実施形態と考えられる。
【００５４】
特定の実施形態において、器具１００は、テープの表面が生体試料との接触が意図された連続アレイテープを含み、かつ金属および誘電材料を含むコーティング１２０を含む。特定の実施形態において、テープは、マルチウェル連続アレイテープであり、特定の実施形態において、マルチウェル連続アレイアッセイテープである。
【００５５】
連続的なアレイテープとしての器具１００は、所望の形状を有するポリマーを本明細書に記載のコーティングでコーティングすることによって製造できる。テープは、本明細書に記載の実施形態のいずれかを有する本明細書に記載のテープのいずれかであってよく、それらの各々は別々の実施形態と考えられる。コーティングは、本明細書に記載の実施形態のいずれかを有する本明細書に記載のコーティングのいずれかであってもよく、それらの各々は別々の実施形態と考えられる。特定の実施形態において、金属層は、最初に、層内の多孔率および活性表面積を向上させる技術で、反応性スパッタリングによって基板上に蒸着される。金属蒸着の後、基板は（同じ真空チャンバー内でまたは別の生成工程として）第２の処理ゾーンに入り、そこで、追加の層が熱蒸着法によって金属と金属酸化物の混合物の反応性蒸着によって生成される。非限定的な例において、生成法は、（ａ）不活性大気圧中よりも１桁から２桁低い圧力で酸素が導入される、１０−３トール〜１０−２トールの圧力を有する不活性雰囲気中に基板を配置し、（ｂ）酸素含有不活性雰囲気下で加熱された基板上でバルブ金属（複数可）のみを蒸着させることによって基板の表面積を増加させることができ、それによって、生成物は、基板上に蒸着した少なくとも１種類のバルブ金属および少なくとも１種類のバルブ金属酸化物を含むフラクタル表面構造の混合物を含む。
【００５６】
特定の実施形態において、器具１００は、典型的にはポリマーで構成され、反応ウェルで直列にエンボス加工されている連続ストリップを含む。器具１００は、例えば、９６または３８４ウェルアレイを含むか、または特定のウェルの形状、ウェルの容積およびテープリール長を有するカスタムアレイ形式を有する。器具１００は、カスタマイズされた容積および形式の反応ウェルで直列にエンボス加工された連続ポリプロピレンストリップを含んでよい。コーティング１２０は、器具１００もしくはその一部の全表面、壁、底部、側面、トラックまたは任意の他の幾何学的特徴などの器具１００の任意の部分に適用できる。
【００５７】
特定の実施形態において、器具１００は、マルチウェルプレート、いくつかの実施形態において、マルチウェルアッセイプレート（図１Ａまたは１Ｆ）用の箔金属インサートを含み、生体液と接触することが意図されるインサートの表面は、金属および誘電材料を有するコーティング１２０を含む。例えば、大きなウェルを有するプレートは、バックグラウンド蛍光を減少させるためのコーティングインサートを収容できる。
【００５８】
特定の実施形態において、器具１００は、蛍光を減少させるためにマルチウェルプレート、例えば、ポリマーで構成されたプレートの背（底）面に装着されているバッキング（図１Ｆ）として使用される箔を含む。いくつかの実施形態において、フレーム内のウェルは、装着後に底面を提供するバッキングを有する底なしであってもよい。特定の実施形態において、バッキングは、その後の装着のためにフレームと共に、またはフレームから切り離して製造できる。装着後、バッキングは、取り外し可能であっても、または他の実施形態において取り外し可能でなくてもよい。特定の実施形態において、プレート全体が使い捨てである。
【００５９】
特定の実施形態において、層１２２、１２４を、ロール・ツー・ロールプロセスで薄い箔基板上に蒸着させることができる（図７参照）。同様のプロセス工程は、典型的には、ＴｉまたはＡｌ箔である基板の両面上で全てのプロセス工程を同時に実行することができるユニークなウェブコーター内においてインラインで実行できる。金属箔基板は連続ロールで処理することができ、大量生成プロセスによって大幅なコスト削減を可能にする。図７は、本発明のいくつかの実施形態による、大量生産量でコーティング箔の生成を可能にする真空チャンバー５０内で実行されるインラインプロセスのスキームを示す。箔１０５は、以下の操作：プラズマ洗浄５１、スパッタ層５２（任意選択）、例えば、Ａｌ＋アルミナを含有することができる多孔質黒色層の追加５３、任意選択でさらなる層（例えば、チタンまたは金属酸化物、例えばアルミナ）の追加５４に従って、ローラの間を通り、蒸着材料および／または反応体を受け取ることができる。特定の実施形態において、同じプロセスを、箔１０５の反対側に適用できる（操作５１〜５４はそれぞれ操作５５〜５８に対応する）。とりわけ、実施例１に記載したように作製できるプロセスの生成物は、片側または両側上にコーティングすることができ、コーティングは、迷光およびＩＲ放射線の吸収に関与し得る。箔１０５は、コーティング１２０が適用される基板材料の連続ロールから適用されてもよい。特定の実施形態において、箔は、それ自体で使用（例えば、エンボス加工）され得るか、または多層プレートの底部を形成するために接着され得る。
【００６０】
特定の実施形態において、器具１００は、マルチウェルアッセイプレートとしての使用に適合するエンボス箔を含む（図１Ｄ）。箔は、例えば、エンボス加工することによってマルチウェルプレート読み取り装置に適するパターンでパターニングできる。いくつかの実施形態において、箔としての器具１００は、両面コーティング箔である。特定の実施形態において、箔は、特定のリガンドが覆っているストリップ／単位に切断できる。マルチウェルプレートまたはエンボス箔としての器具１００は、多くの場合、６、１２、２４、４８、および９６ウェルのプレートを用いて、典型的には、吸光度、蛍光、または発光を用いて、例えば、創薬、薬物標的の同定、スクリーニングおよびバリデーション、生物学的経路の研究、医薬活性剤の作用機序の解析、および毒性試験のために用いられる細胞ベースアッセイを実行するように適合させることができる。多くの場合、発光は最高の感度および最大のダイナミックレンジを与える。
【００６１】
特定の実施形態において、器具１００は、多孔性または非多孔性基板の少なくとも一方の側に配置され、多孔性または非多孔性基板によって担持される単一の多孔質の、本質的には連続的な真空蒸着セラミック層１２２を含むマルチウェルプレート（セグメントに切断される場合）またはマルチウェルテープとして使用するのに適したロール形態の箔を含み、セラミック層１２２は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンの酸化物からなる群から選択される少なくとも一種類の金属酸化物を含んでよく、また、必要に応じて、以下の条件、すなわち、（ａ）セラミック層１２２が少なくとも１種類の希土類金属を含むことができる；（ｂ）セラミック層１２２がフラクタル表面構造を有することができる；かつ／または（ｃ）非多孔質基板が、アルミニウムおよびポリマー基板から選択されることのうちの少なくとも１つが満たされる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、記載の箔は、本明細書に記載または参照される技術のいずれかを用いて、検出分子、例えば、ＤＮＡ、ペプチド、モノクローナル抗体（ｍＡｂ）、または組換えタンパク質のスポットでコーティングされる。いくつかの実施形態において、プレートの底部が底のない枠に装着されるパターニングされた箔からなるマイクロウェルプレートと組み合わせて使用される。多くの従来の方法に加えて、このようなプレートからの読み出しは、画像化、ＳＥＭ、および原子間力顕微鏡から選択される方法を含むことができ、それらの各々は別々の実施形態とみなされる。
【００６３】
特定の実施形態において、箔としての器具１００は、スライドガラスまたはマイクロアレイをコーティングするために使用できる。いくつかの実施形態において、特定の構造または微孔などの特定の表面形態を有するスポットは、タンパク質添加、ＤＮＡ結合、または細胞接着を改善するために、高度な吸着性多孔質表面を生み出すことができる。いくつかの実施形態において、極性基に高い親和性を有する修飾された表面は、抗体および糖タンパク質の吸着のために使用でき、負に帯電した基で修飾されるかまたは細胞外マトリックスでコーティングされた表面は細胞接着のために使用される。いくつかの実施形態において、箔上の疎水性および親水性の領域またはスポットの生成は、異なる種類の試料の正確、的確かつ再現可能な位置決めを可能にする。いくつかの実施形態において、記載の箔としての器具１００は柔軟性がある。特定の実施形態において、器具１００は、高密度のアレイを作製するために、サブナノリットル〜ナノリットル量を分注するために特別に設計された非接触マイクロ分注システムとしてマイクロアレイを含むことができる。特定の実施形態において、記載のマイクロアレイは、ＲＮＡ、ＤＮＡ、抗体、ペプチド、糖タンパク質、またはグリカンの共有結合に特に適合されている。いくつかの実施形態において、多孔性表面は、抗体結合に特に適している。特定の実施形態において、器具１００は、例えば、アレルギー学またはスクリーニング、個別化医療、診断ならびに治療の意思決定および監視などのいずれかの他の分野において分子診断のために使用されるマイクロアレイを作製するために使用できる。マイクロアレイ上のコーティング１２０のパターニングはまた、コーティング１２０もしくはコーティング領域の疎水性および／または親水性の特徴を用いて予定位置に印刷される液滴を誘導することによって、生体試料のプリンティングプロセスにおいて都合がよい。
【００６４】
特定の実施形態において、器具１００は、病理学、細胞学、臨床微生物学および免疫組織化学から選択される用途に適するスライドを含む（図１Ｂ、１Ｃ）。特定の実施形態において、器具１００は、インクで印刷されたスライドガラスを含む。特定の実施形態において、スライドガラスは、蛍光抗体法およびインサイツハイブリダイゼーションに適する非常に撥水性フッ素樹脂系インクで形成されるリングマークまたはウェルで印刷される。スライドガラスは、任意のパターン、例えば、任意の複雑度を有する（図１Ｃに模式的に示されている）フローチャネルを有していてもよい。コーティング１２０によって可能となる高度な印刷およびアブレーションの解像度は、小さい領域における非常に細かい細部および巨大な複雑な構造の生成を可能にする。
【００６５】
特定の実施形態において、器具１００はラボ・オン・ホイルを含み、生体液と接触させることが意図されたラボ・オン・ホイルの表面は、金属および誘電体材料を有するコーティング１２０を含む。記載のラボ・オン・ホイルは、特定の実施形態においては、ＰＣＲおよび免疫アッセイを含む様々なアッセイのために使用でき、他の実施形態においては、正確で、的確かつ再現可能な試料の位置決めのために、所定の位置でエンボス加工処理できる。いくつかの実施形態において、ラボ・オン・ホイルは柔軟性がある。
【００６６】
特定の実施形態において、器具１００は、セラミックで構成された生体物質の分離に適合された膜を、または他の実施形態において、エッチング箔基板を含み、この基板はメッシュであるかまたは別の実施形態において多孔質であり、膜の少なくとも一方の側の表面は、金属および誘電材料を含む多孔質コーティング１２０である。特定の実施形態において、基板はアルミナである。特定の実施形態において、表面は黒色表面である。あるいはまたはさらに、膜の両側はコーティング１２０でコーティングされてもよい。特定の実施形態において、膜の全体の厚さは、水溶液の浸透を可能にするために多孔質である。特定の実施形態において、膜としての器具１００は、いくつかの実施形態において、様々な孔サイズを有することができる。いくつかの標準的な孔径は０．０２μｍ、０．１μｍ、および０．２μｍである。いくつかの実施形態において、このような膜は、広範囲の実験室濾過用途、例えば、ＨＰＬＣ移動相のろ過および脱気、溶剤のウルトラクリーニング、重量分析、リポソーム押出、走査型電子顕微鏡研究、落射蛍光光学顕微鏡による細菌分析、マイクロメートルおよびナノメートルのろ過、金属ナノロッド形成に適している。
【００６７】
特定の実施形態において、膜としての器具１００は、多孔質基板１０２の少なくとも一方の側に配置され、多孔質基板１０２によって担持された少なくとも２つの多孔質、本質的に連続的な、真空蒸着セラミック層１２２Ａ、１２２Ｂ（図２Ｆ）の多層システムを含むことができる。セラミック層１２２は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンの酸化物からなる群から選択される少なくとも１種類の金属酸化物を含むことができ、任意の連続するセラミック層の間に真空蒸着金属層１２４が配置され、金属層の多孔性および／または平均孔幅は、セラミック層の多孔性および／または平均孔幅よりも小さく、また必要に応じて、以下の条件のうちの少なくとも１つが満たされている：（ａ）少なくとも１種のセラミック層１２２がフラクタル表面構造を有する、（ｂ）セラミック層１２２が、金属（複数可）およびその酸化物（複数可）の混合物から本質的になる、（ｃ）膜が、巻いたり広げたりできるほど十分な柔軟性を有する、（ｄ）任意の最外層のセラミック層の表面に真空蒸着金属層が配置されており、金属層の多孔性および／または平均孔幅が最外層のセラミック層の多孔性および／または平均孔幅よりも低い。
【００６８】
理論に縛られることなく、このような膜として構成される器具１００において、基板１０２は、そこを通る流体の自由な流れを可能にする膜の機械的担持として動作できる。基板は、一般に、表側と裏側が規定されており、担持されたセラミック層は基板の一方の側のみまたは両側のいずれかに配置される。担持されたセラミック層が基板の一方の側にのみ配置される場合には、真空蒸着金属層は、セラミック層の表面上に配置され得る。担持されたセラミック層が基板の両側に配置され、したがって、２つのセラミック層の表面を規定する場合には、真空蒸着金属層（複数可）は、２つの面の少なくとも一方に配置され得る。
【００６９】
膜のいくつかの実施形態において、以下のさらなる条件の少なくとも１つが満たされる：（ｉ）真空蒸着セラミック層が物理蒸着法によって蒸着されている、（ｉｉ）基板が金属基板である、（ｉｉｉ）セラミック層が樹枝状、カリフラワー様、および珊瑚様のフラクタル表面構造から選択されるフラクタル表面構造を有する、（ｉｖ）セラミック層がアルミニウム金属とアルミナの混合物から本質的になる、（ｖ）担持されるセラミック層が、基板の両側に配置され、両方のセラミック側はまた基板の孔を通って互いに結合され、それによって、改善された機械的強度を膜に付与する。
【００７０】
いくつかの実施形態において、原材料およびプロセス条件は、セラミック層１２２にフラクタル表面構造、すなわち、フラクタルで構成された表面を付与するように選択される。
【００７１】
特定の実施形態において、器具１００は、バイオチップ、例えば、ＤＮＡマイクロアレイ、タンパク質マイクロアレイ、またはラボオンチップを含み、生体液と接触するように意図されたバイオチップの表面は金属および誘電材料を含む。マイクロアレイは、順序付けられた方法で平面に生体物質を接着させることを含む。したがって、器具１００は、試料調製、試料分析、および診断に使用できる。
【００７２】
特定の実施形態において、器具１００は、限定されないが、以下の技術のいずれかに関して、ラボオンチップとして構成されてもよい：（１コピーのＤＮＡ断片または数コピーから数桁のコピー数にわたるＤＮＡ断片を増幅して、数千から数百万コピーの特定のＤＮＡ配列を生成する）ＰＣＲ解析、電気泳動（空間的に均一の電場の影響下での流体に関する分散粒子、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質）、遺伝子ＩＤ（（ＧＭＯのような）食品および餌の中の生物のＩＤ、細胞培養中のマイコプラズマ、または疾患検出のための病原体を確認するための、ほとんどの場合ＰＣＲとマイクロアレイ技術を組み合わせたマイクロアレイ製品）、比較ゲノムハイブリダイゼーション（異なる細胞または密接に関連する生物におけるゲノム含有量の評価）、チップ上のクロマチン免疫沈降（特定のタンパク質に結合したＤＮＡ配列がそのタンパク質を免疫沈降することにより単離できる（ＣｈＩＰ）、その後、これらの断片は（タイリングアレイなどの）マイクロアレイにハイブリダイズして、ゲノム全体にわたりタンパク質結合部位の占有率の決定を可能にすることができる）。免疫沈降されるタンパク質の例としては、エピジェネティックなランドスケープを研究するためのヒストン修飾（Ｈ３Ｋ２７ｍｅ３、Ｈ３Ｋ４ｍｅ２、Ｈ３Ｋ９ｍｅ３など）、ポリコーム群タンパク質（ＰＲＣ２：Ｓｕｚ１２、ＰＲＣ１：ＹＹ１）およびトライソラクス群タンパク質（Ａｓｈ１）または転写のランドスケープを研究するためのＲＮＡポリメラーゼＩＩ、ならびにイムノアッセイ（試料中の特定の抗原または抗体を同定および定量するための抗原とその相同抗体との結合）。
【００７３】
いくつかの実施形態において、器具１００は、タンパク質がその二次および三次構造を維持し、したがって、それらの生物活性および他の分子との相互作用を維持することができるように形成されたコーティング１２０を有するタンパク質マイクロアレイ装置として構成されてもよい。特定の実施形態において、製品の貯蔵寿命は、タンパク質を変性させることなく高められる。特定の実施形態において、生体分子は、箔表面（コーティング１２０）から容易に抽出される。
【００７４】
特定の実施形態において、器具１００は、限定されないが、以下の技術のいずれかに関して、タンパク質マイクロアレイとして構成されてもよい：分析アレイ／捕捉アレイ（この技術では、抗体、アプタマーまたはアフィボディのライブラリーは担持体の表面上に整列している）。これらは、それぞれが特定のタンパク質に特異的に結合するので、捕捉分子として使用される。このアレイは、細胞溶解物などの複雑なタンパク質溶液でプローブされる。様々な検出システムを用いて得られた結合反応の分析は、試料中の特定のタンパク質の発現レベルならびに結合親和性および特異性の測定に関する情報を提供できる。この種のマイクロアレイは、異なる溶液中のタンパク質の発現を比較するのに特に有用である。例えば、特定の因子に対する細胞の応答は、特定の物質で処理するかまたは特定の条件下で増殖させた細胞の溶解物を対照細胞の溶解物と比較することによって同定することができる。別の用途には以下のものがある：疾患組織の同定およびプロファイリング、機能性タンパク質マイクロアレイ／標的タンパク質アレイ（これらは、精製された多くのタンパク質を固定化することにより構築され、タンパク質−タンパク質、タンパク質−ＤＮＡ、タンパク質−ＲＮＡ、タンパク質−リン脂質、タンパク質−小分子の相互作用を同定し、酵素活性をアッセイし、抗体を検出し、それらの特異性を実証するために使用される。これらは、機能タンパク質アレイが全長機能タンパク質またはタンパク質ドメインを含むアレイで構成されているという点で分析配列とは異なる。これらのタンパク質チップは、１回の実験で全プロテオームの生化学的活性を研究するために使用される）、逆相タンパク質アレイ（これらのアレイは、組織溶解物などの複雑な試料を含む。細胞を目的の様々な組織から単離および溶解する。溶解物をマイクロアレイ上で配列させ、目的の標的タンパク質に対する、多くの場合、色素標識された抗体でプローブされる。これらの抗体を、典型的には、化学発光アッセイ、蛍光アッセイまたは比色アッセイを用いて検出する。参照ペプチドは、試料溶解物のタンパク質定量を可能にするために、スライド上に印刷されている。ＲＰＡは、疾患の結果であり得る改変型タンパク質または他の物質の存在の決定を可能にする。具体的には、典型的には疾患の結果として変更される翻訳後修飾は、ＲＰＡを用いて検出できる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、器具１００は、ＤＮＡ分子がそれらの構造を維持し、したがって、それらの生物活性および他の分子との相互作用を維持できるように構成されたコーティング１２０を有するＤＮＡマイクロアレイ装置として構成されてもよい。特定の実施形態において、製品の貯蔵寿命は、ＤＮＡ分子を変性させることなく高められる。特定の実施形態において、生体分子は、箔表面（コーティング１２０）から容易に抽出される。特定の実施形態において、器具１００は、ＲＮＡマイクロアレイ装置として構成されてもよい。
【００７６】
特定の実施形態において、器具１００は、限定されないが、以下の技術のいずれかに関してＤＮＡマイクロアレイとして構成されてもよい：ＳＮＰ検出（集団内または集団間の対立遺伝子の中の一塩基多型の同定。遺伝子型判定、法医学的分析、疾患傾向の測定、薬剤候補の同定、個人における生殖細胞変異もしくは癌における体細胞突然変異の評価、ヘテロ接合性の喪失の評価、または遺伝的連鎖解析を含むいくつかのマイクロアレイ用途はＳＮＰ検出を利用する）、遺伝子発現プロファイリング（ｍＲＮＡまたは遺伝子発現プロファイリング実験において、数千の遺伝子の発現レベルを同時に監視し、遺伝子発現に対する特定の治療、疾患、および発達段階の効果を研究する）。例えば、マイクロアレイベースの遺伝子発現プロファイリングは、発現が病原体、癌または他の生物に応答して変化する遺伝子を、感染した／病的の細胞または組織における遺伝子発現と感染していない／健康な細胞または組織を比較することによって同定するために使用できる）、選択的スプライシング検出（エクソンジャンクションアレイ設計は、遺伝子の予測されるエクソンの予想されるまたは潜在的なスプライス部位に特異的なプローブを使用する。エクソンジャンクションアレイは、（１遺伝子あたり１〜３個のプローブを用いる）典型的な遺伝子発現アレイと（遺伝子あたりの数千〜数百個のプローブを用いる）ゲノムタイリングアレイに対して中間の密度または被覆度を有する。エクソンジャンクションアレイは、遺伝子の選択的スプライシング形態の発現をアッセイするために使用される。エキソンアレイは異なる設計を有し、既知または予測される遺伝子のそれぞれ個々のエクソンを検出するように設計されたプローブを用い、異なるスプライシングアイソフォームを検出するために使用できる）、融合遺伝子マイクロアレイ（融合遺伝子マイクロアレイは、例えば、癌検体から融合転写物を検出できる。この背後にある原理は、選択的スプライシングマイクロアレイ上に構築されることである。オリゴ設計法は、キメラ転写物の接合部測定と個々の融合パートナーのエクソン単位の測定の組み合わせを可能にする）。
【００７７】
特定の実施形態において、器具１００は顕微鏡パッドを含み、このパッドの表面は、本明細書に記載の金属および誘電材料のコーティング１２０を含む。
【００７８】
特定の実施形態において、器具１００は、マイクロビーズを含み、このマイクロビーズの表面は、本明細書に記載の金属および誘電材料を用いたコーティング１２０を含む。マイクロビーズとしての器具１００は、マルチプレックスアッセイに使用できる。特定の実施形態において、本明細書に記載のコーティングビーズは、約５ミクロンの小さな断片が使用されることを除いて、本明細書に記載のコーティング箔と同様に製造される。
【００７９】
特定の実施形態において、器具１００は、他のライフサイエンス製品、すなわち、バイオチップ、シート、スライドを含み、本明細書に記載されるように、製品の表面は金属および誘電材料を含む。
【００８０】
マルチウェルプレート、箔、エンボス箔、連続アレイテープ、箔金属インサート、ラボ・オン・ホイル、ＤＮＡまたはタンパク質のマイクロアレイ、スライド、スライドガラス、フローセル、顕微鏡パッド、マイクロビーズ、膜、バイオチップおよびライフサイエンス製品などの上記の器具１００の実施形態のいずれかは、例えば、以下に記載のコーティング１２０の配置、すなわち、金属および誘電材料の配置、基板とコーティングの配置（別の基板が存在する場合）、存在する場合、基板をコーティングする方法、金属および誘電材料の種類、蛍光のレベル、反射率、細胞毒性、および損傷の閾値、多孔性のサイズおよびパターン、他の分子への結合、表面積、ならびにそれらの組み合わせのいずれかを示すことができ、これらの各々は別々の実施形態であると考えられる。
【００８１】
表１は、本発明のいくつかの実施形態による、免疫学、分子生物学および細胞培養の分野において、コーティング１２０に結合または連結させることができる生体分子の非限定的な例を示す。
【００８２】
【表１】
0006297065.tif 000002
【００８３】
表２は、本発明のいくつかの実施形態による、コーティング１２０に結合または連結させることができる生体分子の非限定的な例を示す。表２は、特に、多孔質セラミックス層１２２のコーティング１２０の特性に関し、表面多孔性セラミック層１２２上に結合できる生体分子のクラスに関する。発明者らは、特に、多孔性セラミック層１２２中のコーティング１２０の表面がこれらのクラスの生体分子に適合され得、したがって、コーティング１２０および器具１００へのその結合を可能にする（以下の明細書および実施例を参照されたい）ことを発見した。表２の性能基準を用いて、様々な試料に対する生体分子の結合効率を定量化した。
【００８４】
【表２】
0006297065.tif 000003
【００８５】
コーティングの形成および生成
特定の実施形態において、コーティング１２０は、金属と誘電材料の混合物を含んでよい。いくつかの実施形態において、生体試料と接触する生物学的装置１００の表面（例えば、マルチウェルプレートの場合には器具１００の内面）は、全体が金属および誘電体で構成でき、特定の実施形態において、他の成分が存在していてもよい。特定の、より具体的な実施形態において、金属に対する誘電材料の比は、８０：２０〜９０：１０である。
【００８６】
器具１００は、少なくとも部分的に金属と誘電材料の混合物で作製されても、またはその混合物でコーティングされていてもよい。その後、器具１００は、非限定的な例として、ポリマーまたは金属から作製できる。ポリマーの代表的で、非限定的な実施形態は、プラスチック、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、および柔軟なポリ塩化ビニル（ビニル）である。
【００８７】
特定の実施形態において、金属および誘電材料は、別々の層として存在してもよく、（例えば、図２Ｇではそれぞれ層１２４および１２２によって示されるように）層の一方は直接の表面を形成し、他方はそのすぐ下にある。特定の実施形態において、金属層はコーティング１２０のコアであってよく、誘電体（例えば、酸化物）層で覆われてもよい。このような実施形態は、これらの実施形態の文脈において、「表面」が直接の表面およびそのすぐ下の層を指すので、最大２５０ミクロンの厚さまで「金属および誘電材料を含む」または同様の言語として表面を参照することによって排除されない。いくつかの実施形態において、金属層と誘電材料の層の間に介在する層が存在するが、特定の実施形態において、金属層と誘電材料の層は互いに直接接触している。典型的には、このような配置において、誘電材料は表面上にあり、したがって、生体試料と接触する位置にある。
【００８８】
いくつかの実施形態において、器具１００は、金属および誘電材料の別々の層１２４、１２２をそれぞれ含む。特定の実施形態において、器具１００は、金属層１２４、誘電材料の層１２２、および介在層を含む。特定の実施形態において、プレートは、層でコーティングされた基板を含む。特定の実施形態において、プレートは、金属層、誘電材料の層、および介在層でコーティングされた基板を含む。
【００８９】
特定の実施形態において、器具１００は、多くの場合、金属と誘電材料の混合物として層１２０でコーティングされたポリマーからなる基板を含む。様々な方法を用いて、基板をコーティングまたはカバーできる。いくつかの実施形態において、混合物は、本明細書に定義されるような真空蒸着法により添加されるか、または特定の実施形態において、本明細書に記載の他の方法によって添加される。様々な実施形態において、基板は、コーティングの適用の前にパターニングされても、されなくてもよい。いくつかの実施形態において、コーティング１２０は、（例えば、レーザーブレーションによって）基板への適用後にパターニングされる。
【００９０】
セラミック層１２２は、金属酸化物などの誘電材料を含んでよい。特定の、より具体的な実施形態において、金属酸化物は、コーティング１２０の金属層１２４中に存在する同一の金属の酸化物であってよい。特定の実施形態において、酸化物は別の金属の酸化物である。特定の実施形態において、金属層１２４は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択され得る。より具体的な実施形態において、金属は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択され、金属酸化物は、アルミニウムまたはチタンの酸化物である。さらにより具体的な実施形態において、金属はアルミニウムであり、誘電材料は酸化アルミニウムである。あるいは、金属はチタンであり、誘電材料は酸化チタンである。特定の実施形態において、コーティングは、アルミニウム／アルミナの混合物からなる。特定の実施形態において、アルミナは、ガンマ（γ）アルミナまたはアルファ（α）アルミナである。
【００９１】
特定の実施形態において、金属層１２４は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンなどのバルブ金属を含んでよい。特定の実施形態において、記載のコーティングは、バルブ金属およびその酸化物からなり、バルブ金属は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンから選択される。
【００９２】
特定の実施形態において、器具１００は、多層コーティング１２０でコーティングされてもよく、その中のセラミック層１２２は、少なくとも１種の金属の真空蒸着酸化物の少なくとも１つの内層１２２Ｂ、および少なくとも１種類のバルブ金属と少なくとも１種類のバルブ金属酸化物の真空蒸着混合物の少なくとも１つの外層１２２Ａを含む（図２Ｆ）。特定の実施形態において、真空蒸着混合物は、混合物の形成に適合する所定の条件下で、酸素の存在下で少なくとも１種のバルブ金属の反応性蒸着によって形成できる。あるいは、またはさらに、真空蒸着混合物は、酸素が不活性大気圧よりも１桁〜２桁低い圧力で導入される不活性雰囲気中、１０−３〜１０−２トールの圧力で少なくとも１種類のバルブ金属を蒸着させることによって形成される。より具体的な実施形態において、コーティング１２０は、以下の特徴のうちのいずれかによってさらに特徴付けることができる：（ａ）少なくとも１種類のバルブ金属がアルミニウムおよびチタンから選択される、（ｂ）真空蒸着混合物が光学的に黒色である。特定の実施形態において、光吸収層は深い黒色を呈する。あるいは、その光学特性は、所望の用途に合わせることができる。
【００９３】
特定の実施形態において、セラミック層および金属層（それぞれ１２２、１２４）は、真空蒸着法、例えば、熱蒸着、電子ビーム蒸着、もしくはスパッタリング、または化学蒸着などの物理蒸着（ＰＶＤ）によって作製できる。両方の種類（セラミックおよび金属）の層は、同じ蒸着技術によって、または特定の実施形態では別の蒸着技術によって生成できる。
【００９４】
いくつかの実施形態において、コーティング１２０は、基板によって担持される多孔質の、本質的には連続的な真空蒸着セラミック層１２２を含んでよい。セラミック層１２２は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンの酸化物からなる群から選択される少なくとも１種類の金属酸化物であってよく、以下の条件のうちの少なくとも１つが満たされる：（ａ）セラミック層がフラクタル表面構造を有する、（ｂ）セラミック層が、金属（複数可）およびその酸化物（複数可）の混合物から本質的になる、（ｃ）基板が、巻いたり広げたりできるほど十分な柔軟性を有する、及び／又は（ｄ）セラミック層の表面上に真空蒸着金属層が配置されており、金属層の多孔性および／または平均孔幅がセラミック層の多孔性および平均孔幅よりも低い。
【００９５】
特定の実施形態において、使用されるセラミック層１２２は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンの酸化物からなる群から選択される少なくとも１種類の金属酸化物を含み、蒸着法によって生成される。いくつかの実施形態において、セラミック層の金属酸化物（複数可）は、例えば、熱蒸着によって固相から気相へ変換された金属と、酸化剤、例えば、酸素含有ガス状混合物との間の真空環境内で起こる化学反応の結果として生成される。したがって、「蒸着」と呼ばれるプロセスは、以下の段階を含む：固相から気相への金属の状態変化、化学反応、および適切な蒸着段階。プロセス条件は、金属酸化物（複数可）のみで構成されているコーティング、または金属酸化物（複数可）と金属（複数可）の混合物で構成されているコーティングを生成するために選択できる。したがって、金属酸化物に加えて、セラミック層は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンなどの金属を含むことができる。セラミックコーティングの金属成分（複数可）は、その機械的強度を向上させ、結果として、装置全体の機械的強度を向上させてもよい。この場合、セラミック層の好ましい材料は、酸化アルミニウム（アルミナ）またはアルミナとアルミニウムの混合物である。
【００９６】
コーティング１２０は、図２Ｅに示されるように、多層および両面であってもよい（その両側上にセラミック層１２２Ａ、１２２Ｂを有する１つのホイル１０２）。特定の実施形態において、セラミック層の表面上に真空蒸着金属層が配置され、金属層の多孔性および／または平均孔幅がセラミック層の多孔性および／または平均孔幅よりも低い。担持されているセラミック層が基板の両側に配置されている場合、例えば、マルチウェルプレートとして使用されるエンボス箔の場合には、２つのセラミック層の表面が存在する。このような実施形態において、２つの表面の少なくとも一方の上に真空蒸着金属層（複数可）が配置されてよく、金属層（複数可）の多孔性および／または平均孔幅は、セラミック層の多孔性および平均孔幅よりも低い。
【００９７】
上記のコーティング１２０の特定の実施形態において、以下のさらなる条件の少なくとも１つが満たされ得る：（ｉ）真空蒸着セラミック層１２２を、物理蒸着（ＰＶＤ）によって蒸着させることができる、（ｉｉ）基板１０２がポリマー基板であり得る、（ｉｉｉ）セラミック層１２２が、樹状突起、カリフラワー様および珊瑚様のフラクタル表面構造から選択されるフラクタル表面構造を有し得る、かつ／または（ｉｖ）セラミック層１２２が、アルミニウム金属とアルミナの混合物から本質的になる。
【００９８】
いくつかの実施形態において、原材料および処理条件は、セラミック層１２２にフラクタル表面構造を付与する、すなわち、表面がフラクタルで構成されるために選択される。フラクタルは自己相似性を示す数学的対象であり、その結果、部分が全体に対して自己相似である。この自己相似性の特徴は、フラクタルが本質的にスケール不変であることを意味し、原理的には小さな部分とより大きな構造を区別すること、例えば、ツリー分岐過程ができない。フラクタル表面構造を有するコーティングは、いくつかの実施形態において、孔管の幅が比較的広範囲の値をカバーするという意味で、様々な幅の孔によって特徴づけられる。フラクタル構造のコーティングは、特定の種類のフラクタル構造、すなわち、カリフラワー様構造が実施例として採用される以下の説明からよりよく理解できる。カリフラワー様構造を有するセラミック層１２２を有する基板を図２Ａ〜２Ｇに模式的に示す。セラミック層１２２は、サイズ順に互いに接着され、それによって、層１２２の表面積および多孔性を増加する異なるサイズの半球体によって特徴付けられる。層１２２の構造は、孔１２３Ｂにて互いに隣接する複数のカリフラワー「ボディ」６として説明され得る。各「体」は「頭」および「小花」からなり、「小花」はそれらが結合している「頭」から分岐している。各「小花」は、順により小さい「小花」を有していく。したがって、構造は、それぞれの子小花がその親（すなわち、それが取り付けられる小花）に対して自己相似であるという点で特徴付けられる。それぞれのカリフラワー「頭」は、任意のレベル（世代）の小花に対する祖父母と考えられ得る。上記構造は、木の幹がカリフラワーの頭部に相当し、木の枝が小花に対応するツリー構造に似ている。セラミック真空蒸着コーティングの他のフラクタル構造は、樹状突起（図３Ａ）と珊瑚様（図３Ｂ）の種類であってよい。樹状突起様および珊瑚様の種類のフラクタル（すなわち、フラクタル「体」）の幾何学的形状は、互いにおよびカリフラワー様の種類とは異なるが、全３種類の構造は自己相似性によって特徴付けられる。
【００９９】
特定の実施形態において、セラミック層１２２は、２０〜１００ｎｍ範囲の多孔性を有するナノ構造を有し、様々な微細構造、密度因子および化学量論を有してよい。非限定的な実施例において、セラミック層１２２の厚さは、３０〜２２５μｍの範囲であり得、密度は１.８〜２ｇ／ｃｍ３の範囲であり得、セラミック層１２２は、厚さが３２〜１２０μｍに及ぶ金属層１２４上に生成され得る。非限定的な実施例において、セラミック層１２２は、Ａｌ２Ｏ３または水和アルミニウム（Ａｌ２Ｏ×、アルミニウムに対する酸素の化学量論は正確に決定されていない）から作製され得る。
【０１００】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、生物学的装置に適切であり得る。様々な実施形態において、コーティングは、滅菌／クリーンルームクラスＩとして製造でき、加熱滅菌され得、４°Ｋ−４００℃の温度に耐えることができ、容易に洗浄および再利用され、容易に印刷およびパターニングでき（例えば、コーティングを除去するためにレーザーアブレーションによって、およびフォトリソグラフィ／エッチングによって）、かつ／またはラボオン箔／チップの用途に適している。
【０１０１】
特定の実施形態において、コーティングされた器具１００は非常に低い蛍光を示す。より具体的な実施形態において、器具１００は、照射条件の定義された範囲にわたって非常に低い誘導蛍光を示し得る。例えば、一実施形態において、器具１００は、２００〜２８０ｎｍの入射波長の範囲および２８０〜３８０ｎｍの蛍光波長の範囲にわたって、１０−９以下の入射光子数の蛍光率を有する。特定の実施形態において、器具１００は、同じ条件下で、１０−８以下の入射光子数の蛍光率を有する。特定の実施形態において、蛍光率は、７×１０−９以下、５×１０−９以下、３×１０−９以下、２×１０−９以下、１．５×１０−９以下、８×１０−１０以下、５×１０−９以下、３×１０−９以下、２×１０−９以下、１．５×１０−９以下、または１×１０−９以下である。
【０１０２】
特定の実施形態において、コーティング１２０は黒色コーティングである。本明細書中で使用する黒は、特定の波長の範囲にわたって、特定の角度で入射放射線の大きな画分を透過または吸収する表面の能力を指す（したがって、相応して小さい放射線の画分を反映する）。特定の実施形態において、表面は、３８０〜７４０ナノメートル（ｎｍ）で、可視光のスペクトルに関して黒である。特定の実施形態において、表面は、１０〜３８０ｎｍの紫外光のスペクトル全体に関して黒である。特定の実施形態において、表面は、１２０〜３８０ｎｍで、通常の紫外光に関して黒である。特定の実施形態において、表面は、１０〜１２０ｎｍの極紫外光に関して黒である。特定の実施形態において、表面は、可視光および紫外光の両方に関して黒である。
【０１０３】
様々な実施形態において、記載のコーティングは、９０°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の可視光スペクトルを反射する。特定の実施形態において、記載のコーティングは、９０°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の通常の紫外光スペクトルを反射する。さらなる実施形態において、記載のコーティングは、９０°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の極紫外光スペクトルを反射する。さらなる実施形態において、記載のコーティングは、４５°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の可視光スペクトルを反射する。特定の実施形態において、記載のコーティングは、４５°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の通常の紫外光スペクトルを反射する。さらなる実施形態において、記載のコーティングは、４５°の角度で、１×１０−４、５×１０−５、３×１０−５、２×１０−５、１×１０−５、５×１０−６、３×１０−６、２×１０−６、１×１０−６、５×１０−７、３×１０−７、２×１０−７、１×１０−７、５×１０−８、３×１０−８、２×１０−８、１×１０−８、５×１０−９、３×１０−９、２×１０−９、１×１０−９、５×１０−１０、３×１０−１０、２×１０−１０、１×１０−４、５×１０−１１、３×１０−１１、２×１０−１１、または１×１０−１１未満の極紫外光スペクトルを示す。
【０１０４】
あるいは、またはさらには、器具１００上のコーティング１２０は、０．１〜１０μｍの波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示す。特定の実施形態において、器具１００は、同じ条件下で、０．５％未満の半球反射率を示す。特定の実施形態において、半球反射率は、０．７％未満、１％未満、１．２％未満、１．５％未満、１．７％未満、２．５％未満、３％未満、または４％未満である。
【０１０５】
特定の実施形態において、コーティング１２０の表面多孔率は５０％であり、孔の大部分の直径は５〜２０ｍｍである。特定の実施形態において、異なる孔サイズの組み合わせは、細胞と生物学的リガンドなどの高分子試薬の両方の捕捉を可能にするか、または移動を制限し、したがって目的の生物学的反応を促進する。特定の実施形態において、表面の多孔率は、その低蛍光性および／または反射率に寄与する。
【０１０６】
特定の実施形態において、器具１００の表面は、例えば、平均孔径が約２０〜約９０マイクロメートルである場合に、実質的に全ての孔は類似の直径を有する孔のアレイを含む。より具体的な実施形態において、孔の大部分は各々少なくとも４つの他の孔に結合されている。さらにより具体的な実施形態において、孔間の接続の大部分の直径は、孔の平均直径の約１５％〜約４０％である。
【０１０７】
特定の実施形態において、コーティング１２０および／または器具１００は、１０６４ナノメートル（ｎｍ）の波長での６０秒間の直接照射、１μ秒のパルス長、２０ｋＨｚの繰り返し率、および１．８×１０−２ｃｍ２の試料上でのビームサイズ（Ａｅｆｆ）の条件下、４００Ｗ／ｃｍ２以上のレーザー誘起損傷閾値を示す。特定の実施形態において、同じ条件下での損傷閾値は２００Ｗ／ｃｍ２以上である。特定の実施形態において、損傷閾値は、２５０Ｗ／ｃｍ２以上、３００Ｗ／ｃｍ２以上、３５０Ｗ／ｃｍ２以上、４５０Ｗ／ｃｍ２以上、５００Ｗ／ｃｍ２以上、６００Ｗ／ｃｍ２以上、８００Ｗ／ｃｍ２以上、または１０００Ｗ／ｃｍ２以上である。
【０１０８】
特定の実施形態において、器具１００上のコーティング１２０は高い表面積を示す。より具体的な実施形態において、表面積は、少なくとも１００ｍ２／ｍ２、少なくとも１５０ｍ２／ｍ２、少なくとも２００ｍ２／ｍ２、少なくとも３００ｍ２／ｍ２、少なくとも５００ｍ２／ｍ２、少なくとも７００ｍ２／ｍ２、少なくとも１０００ｍ２／ｍ２、少なくとも１５００ｍ２／ｍ２、少なくとも２０００ｍ２／ｍ２、少なくとも３０００ｍ２／ｍ２、少なくとも５００ｍ２／ｍ２、少なくとも７００ｍ２／ｍ２、又は少なくとも１０００ｍ２／ｍ２である。
【０１０９】
特定の実施形態において、コーティング１２０は粗面化されてもよい。いくつかの実施形態において、器具１００は、エンボス加工または他のリール・ツー・リールプロセスで粗面化され、次いで、コーティング１２０によってコーティングされた箔を含んでよい。特定の実施形態において、ロールは、黒色コーティング１２０でコーティングされ、次いで、エンボス加工または他の方法で粗面化されてもよい。粗面化の方法には、バルブ金属の蒸着およびエッチングが含まれるが、これらに限定されない。
【０１１０】
特定の実施形態において、コーティング１２０および／または器具１００の表面は、所望の標的（例えば、表３参照）、例えば、細胞、核酸、タンパク質または他の生体分子への結合を可能にし、所望の標的の迅速で特異的な分離を可能にするように処理されてもよい。特定の実施形態において、標的の生体分子は、共有結合接着分子、例えば、多糖であってもよい。これは、いくつかの実施形態において、ポリペプチド、タンパク質、抗原、オリゴヌクレオチド、ストレプトアビジン、および所望の標的に対して親和性を有する別の分子から選択される分子と表面を結合させることによって達成される。特定の実施形態において、標的分子は、シリコンベースの分子を介してコーティング１２０の表面に結合してもよい。適切な分子には、エチレンテトラメトキシシランまたはエチレンテトラエトキシシランなどの３−４アルコキシ部分を含むシラン系化合物の改変バージョンが含まれ、その修飾は、少なくとも１つのアルコキシ部分と反応基の終端の置換基、例えば、スルフヒドリル、アンモニウム、またはカルボジイミドなどの反応基の終端のアルキル部分との置換である。反応基はまた、いくつかの実施形態において、その後ブリッジ試薬と反応させた架橋部分も含む。架橋部分には、アミノ、ヒドロキシル、カルボキシルおよびスルフヒドリル反応基（例えば、マレイミド、ハロアセトアミド（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ハロエステル（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ハロメチルケトン類（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ベンジルハライド（例えば、ヨウ化物、臭化物または塩化物）、ビニルスルホンおよびピリジルチオ）が含まれる。他のスルフヒドリル反応部分には、ハロアセトアミド（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ハロエステル（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ハロメチルケトン類（例えば、ヨード、ブロモまたはクロロ）、ベンジルハライド（例えば、ヨウ化物、臭化物または塩化物）、ビニルスルホンおよびピリジルチオが含まれる。様々な実施形態において、架橋試薬は、ヘテロ二官能性またはホモ二官能性であり、活性型で結合され得るか、またはその後に、例えば、可視光もしくは紫外光照射によって活性化され、切断できるかまたは切断できないかのいずれかである。非限定的な実施形態において、架橋試薬は、アルキルチオールであってよく、架橋試薬は、２つのマレイミド部分を有する切断可能な薬剤であってよい。図示した切断可能なエステル基の他に、他の化学的に切断可能な基には、ジアルコキシシラン、３'（Ｓ）−ホスホロチオエート、５'（Ｓ）−ホスホロチオエート、３’−（Ｎ）−ホスホロアミデート、５’−（Ｎ）−ホスホロアミデート、およびリボースが含まれる。例えば、導入される切断部位の選択に応じて、官能化ヌクレオシドまたは修飾ヌクレオシドの二量体のいずれかが最初に調製され、次にオリゴヌクレオチド合成の過程で成長するオリゴヌクレオチドフラグメントに選択的に導入されてもよい。ジアルコキシシランの選択的切断は、フッ化物イオンで処理することによって行われてもよい。ホスホロチオエートヌクレオシド間結合が、穏やかな酸化条件下で選択的に切断されてもよい。ホスホロアミデー���結合の選択的切断は、８０％酢酸などの弱酸性条件下で行われてもよい。リボースの選択的切断は、希水酸化アンモニウムで処理することによって行われてもよい。
【０１１１】
特定の実施形態において、次のリガンド結合法のいずれかを使用してよい：特定の細胞表面抗原に対する一次抗体との結合、選択された一次抗体と共に使用するための二次抗体との結合、標的、リガンドまたは標的分子の直接結合のための特定の表面官能基を有するようにコーティング１２０を形成すること、ビオチン化リガンドまたは標的とストレプトアビジンの使用、免疫グロブリン（Ｉｇ）精製および免疫沈降のためのプロテインＡまたはプロテインＧとの結合、ならびにポリアデニル化ｍＲＮＡの単離のためのオリゴｄＴとの結合。
【０１１２】
特定の実施形態において、結合は、層１２０および／またはコーティングの多孔質構造によって、孔領域１２３Ｂに結合した分子の濃縮、適切なオーバーコーティング層１２１の適用、および／または結合分子を特定の部位に制限または導くように微細な特徴およびパターンを定義することによって高められてもよい。都合のよいことに、コーティング１２０は、マーカーまたは顔料の濃度によりセラミック層１２２の孔により高いスポット解像度を提供する。
【０１１３】
特定の実施形態において、架橋剤はスペーサー上につなぎ止められている反応性求電子基を有し、これはタンパク質の遊離ＮＨ２および／またはＳＨ基と結合することによってタンパク質（例えば、抗体）分子と共有結合する。特定の実施形態において、架橋剤はスペーサー上に第二級アミンを有し、これは−ＣＯＯＨまたは−ＰＯ４基と結合するか、または連結されたマレイミド基と結合する。特定の実施形態において、双性イオン性カルボキシベタインポリマー（ｐＣＢ）がコーティングされた基板は、アミノ酸カップリング化学反応を可能にするためのアレイ表面プラットフォームとして使用される。特定の実施形態において、コロイド状ニトロセルロース基板がタンパク質の標的を固定化するために使用されるか、またはバーサリンクス（Ｖｅｒｓａｌｉｎｘ）化学、ニトロセルロース化学、ストレプトアビジン部分を用いて結合が行われ得る。特定の実施形態において、タンパク質マイクロアレイは、ハロタグ（ＨａｌｏＴａｇ）融合タンパク質を用いて作製される。
【０１１４】
特定の実施形態において、器具１００の表面は、以下のリガンドのうちの１つまたは複数に結合できる：難接着細胞の接着を促進するのに有用であり得るポリ−Ｄ−リジンコーティング表面、ＳＨ部分を介してスルフヒドリル基に共有結合する共有結合マレイミド基を有するスルフヒドリル結合表面（生体分子、特に抗体の部位特異的配向を必要とするアッセイに有用である）、炭水化物基に共有結合するヒドラジド基を有する炭水化物結合表面（酵素的または免疫学的活性を維持しながら、生体分子（酸化抗体、炭水化物、およびグリコシル化タンパク質）の部位特異的配向を必要とするアッセイに有用である）、ＵＶ照射を用いて抽出可能な水素を介して生体分子を共有結合で固定化して、炭素−炭素結合をもたらす光反応性表面（結合は非特異的であり、生体分子の部位特異的配向を可能にしないが、この表面は、二本鎖ＤＮＡ、未知構造の抗原、生体分子（例えば、細胞溶解物）の混合物の固定化に有用であり得る）、二官能性架橋剤を介して共有結合で固定化するのに使用できる正電気を帯びたアミン基（２×１０１３個の反応部位／ｃｍ２）を有するアミン表面。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、コンジュゲートされた器具１００は、コーティングプレートアッセイに特に適する。時には「固相アッセイ」と呼ばれるコーティングプレートアッセイは、マイクロプレートの表面にアッセイ成分の１つを固定することが必要である。コーティングプレートアッセイは洗浄工程を用いて、プレートのウェルから結合した（結び付けられている）試薬と結合していない（結び付けられていない）試薬を分離する。アンカー成分は、タンパク質、抗体、または他の巨大分子であり得るか、または本明細書に記載のように、特に、コーティングがマイクロメートルスケールの孔を含む場合には、無傷の細胞であり得る。
【０１１６】
特定の実施形態において、器具１００は、正確なデータ収集のためのバーコードを含んでよい。
【０１１７】
特定の実施形態において、器具１００は、結晶化マイクロプレートを含み、ハイスループットタンパク質結晶の成長およびスクリーニングに使用され得る。
【０１１８】
あるいは、またはさらに、マルチウェルプレートとしての器具１００は、ウェル当たり複数のスポットを含むことができ、様々な技術によって配置され得る。特定の実施形態において、事前定義されたパターンの検出分子の正確な位置決めは、正確で、的確かつ再現性ある検体の検出、および高密度の情報ならびにアッセイの並列処理を可能にする。特定の実施形態において、パターンは、目的の化学的および物理的特性を付与するマイクロ構造によって作られる。いくつかの実施形態において、マイクロ構造は、（ａ）例えば、抗体付着を受けやすい面の正確なパターンを作成することによって、スポットエリア上の物質（例えば、結合抗体）の範囲を定めるか、または（ｂ）正確な機能付与および表面処理を指示する。
【０１１９】
特定の実施形態において、抗体もしくは他のタンパク質または生体分子は、自由飛行液滴を生成する、非接触ディスペンサーなどの固体ピンコンタクトプリンタまたは非接触圧電プリンタを用いてスポットに置かれる。特定の実施形態において、コーティングは、耐熱性であり、したがって、レーザー走査検出に耐えることができる。あるいは、またはさらに、ウェルの内面全体は洗浄手順に抵抗性を示す。より具体的には、洗浄プロセスは、結合特性および光吸収の点で特定の特性を変更してはならない。
【０１２０】
特定の実施形態において、器具１００は膜底プレートを含む。
【０１２１】
特定の実施形態において、器具１００は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５に従って、１０％ウシ胎児血清を含む培地中のＬ９２９マウス線維芽細胞を用いて測定した時、有意な細胞毒性を示さない。この文脈において「有意な細胞毒性」は、細胞培地中、３７℃で２４時間インキュベートした後、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５などの標準的な毒性アッセイにおいて測定可能な程度まで細胞生存率に悪影響を及ぼす細胞毒性の量を指す。他の実施形態において、コーティングの毒性は、もしあれば、細胞培地中、３７℃で２４時間インキュベートした後、細胞数を５％、１０％、２０％または３０％減少させる毒性のレベルよりも低い。
【０１２２】
あるいは、またはさらに、器具１００は、生物学的アッセイでの使用に適合し、例えば、水溶液がそのウェル中でインキュベートされ、生体液中の試薬とかなり反応する物質、例えば、ペプチド、ヌクレオチド、糖類、および脂質を含有または溶出しない場合には、著しい量の細胞毒性物質を溶出しないように構成されてもよい。特定の実施形態において、器具１００は、ウェルの内容物の汚染を阻止するカバーとの適合性のために成形される。特定の実施形態において、カバーは、ウェルの内容物の蒸着を減少させる。特定の実施形態において、カバーは、ウェルの内容物のサーモサイクラー中でのインキュベーションを可能にする。特定の実施形態において、ウェルの内面は細胞接着のための基板を含む。
【０１２３】
金属の配置および誘電材料、基板の配置（別の基板が存在する場合）およびコーティング、存在する場合、基板のコーティング法、金属および誘電材料の種類、蛍光、反射率、細胞毒性、および損傷閾値のレベル、多孔性のサイズおよびパターン、他の分子への結合、表面積などの単一特性のどんな代替物でも、「実施例」として本明細書で説明され、このような代替物を自由に組み合わせて、本明細書に提供される全組成物の個別の実施形態を形成することができると理解されるべきである。
【０１２４】
あるいは、またはさらに、基板は、コーティング１２０の不連続層でコーティングされてもよい。基板が疎水性（撥水性）であり、コーティング１２０が親水性（水受容性）である場合には、パターンは、器具１００の機能を高める（例えば、試料のより良い位置決めを可能にする、試料の流れを制御する、光学的特性を提供するなど）ことを可能にするのに必要な構成中に親水性および疎水性領域を有するように設計されてもよい。
【０１２５】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、特定のレベルの親水性または疎水性を含むか、または示すように設計され、器具１００における水の流れおよび接着を制御するように構成され、リガンド接着を制御するように構成され得る。例えば、表３は、器具１００の適用に関して選択され得る様々なレベルの親水性およびこれらの適用に伴う生体分子を模式的に示す。親水性のレベルは、なし、低、中および高として示され、明確な特定の値は、正確な適用および結合分子に関して決定され得る。
【０１２６】
【表３】
0006297065.tif 000004
【０１２７】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、生体分子が結合するように構成される特定の活性（共有）結合表面を含むか、または示すように設計されてもよい。例えば、表４は、器具１００の適用およびこれらの適用に伴う生体分子に関して選択され得る様々な種類の結合表面を模式的に示す。結合面の種類はその本質的な特徴に関して特徴づけられ、詳細設計は正確な適用および結合分子に関して決定され得る。
【０１２８】
【表４】
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【０１２９】
図８は、本発明のいくつかの実施形態による方法２００を示す概略的な高レベルフローチャートである。方法２００は、少なくとも１種類の金属層上に蒸着した少なくとも１つの多孔質フラクタルセラミック層を含むコーティングを有する器具の少なくとも１つの画像領域を生成することによって（段階２１０）器具におけるバックグラウンド蛍光を低減する（段階２０５）ことを含む。セラミック層は、反応性蒸着によって生成され、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、シリコン、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの少なくとも１つの酸化物含んでよい。コーティングは、０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって２％未満の半球反射率を示すように形成されてもよい。コーティングは、金属層上に蒸着した多孔質フラクタルセラミック層を有するように形成できる（段階２１５）。特定の実施形態において、方法２００は、低い細胞毒性を示すようにコーティングを形成する（段階２１２）か、かつ／または低いガス放出を示すようにコーティングを形成する（段階２１３）ことを含む。特定の実施形態において、方法２００は、表面特徴を制御するためのオーバーコート層を適用する（段階２１７）ことを含む。
【０１３０】
低蛍光コーティングは、器具の少なくとも画像領域上に（段階２２０）、必要に応じて器具の非画像領域上に（段階２２２）、かつ必要に応じて顕微鏡ターゲットにしたがって設計された特定のパターンにしたがって（段階２２５）蒸着されてもよい。特定のパターンは、パターンの特定の疎水性／親水性に関して設計され（段階２３０）、器具中の必要とされる流体挙動に関連し、かつ／または生体分子または他の分子に関する結合条件に関連し得る。パターン化されたコーティングは、蒸着されたコーティングのレーザーアブレーションによって生成することができる（段階２２７）。特定の実施形態において、方法２００は、高解像度のコーティングとアブレーションの組み合わせによってコーティングパターンの高解像度を達成すること含む（段階２２８）。
【０１３１】
特定の実施形態において、画像領域は、以下のいずれかを含んでよい：マルチウェルプレート中のウェル底部、箔またはその領域、エンボス箔またはその領域、連続アレイテープ、箔金属インサート、ラボ・オン・ホイル、ＤＮＡまたはタンパク質マイクロアレイ、スライドガラス上の領域、フローセル中のフローチャネル、顕微鏡パッドまたはその領域、マイクロビーズ、膜またはその領域、バイオチップならびに蛍光測定で使用される他の生命科学製品。
【０１３２】
特定の実施形態において、方法２００は、少なくとも器具の画像領域上にコーティングを有する箔を接着させること（段階２４０）、かつ／またはその側の少なくとも１つにコーティングを有する箔から器具を生成すること（段階２４５）をさらに含む。特定の実施形態において、箔は、両面にコーティングされるか、かつ／または膜として使用され得る。
【０１３３】
特定の実施形態において、方法２００は、特定の分子の結合を増強するようにコーティングを形成すること（段階２５０）をさらに含む。特定の実施形態において、方法２００は、コーティングの多孔性を調整することによりマーカーまたは結合解像度を増強すること（段階２５２）を含む。
【０１３４】
特定の実施形態において、方法２００は、特定の疎水性／親水性を有するようにコーティングを形成すること（段階２３０）をさらに含む。
【０１３５】
特定の実施形態において、方法２００は、低蛍光コーティング（段階２６０）によって、例えば、ウェル底（内部または外部）上に低蛍光コーティングを真空蒸着する（段階２６２）か、ウェル底に低蛍光箔を接着させる（段階２６４）か、かつ／または低蛍光箔上にウェルをエンボス加工する（段階２６５）ことによってコーティングされたウェルを有するマルチウェルプレートを生成することをさらに含む。
【０１３６】
特定の実施形態において、方法２００は、例えば、スライドガラス上にパターン化された低蛍光コーティングを真空蒸着することによって（段階２７２）、測定手順と関連する予め定義された設計にしたがって、低蛍光コーティングでガラスをコーティングすること（段階２７０）をさらに含む。
【０１３７】
特定の実施形態において、方法２００は、フローセルチャネルをコーティングするためにフローチャネル上に低蛍光コーティングを真空蒸着させ（段階２７５）、バックグラウンド蛍光を低減すること（段階２７６）をさらに含む。
【０１３８】
特定の実施形態において、方法２００は、両面低蛍光箔を生成すること（段階２８０）かつ／または低蛍光膜を生成すること（段階２８２）をさらに含む。
【０１３９】
実施例
コーティングの調製
実施例１．コーティング箔の製造
（以下に「タイプＩ」と記載される）コーティング箔を、２×１０−３〜５×１０−３トールの圧力の窒素および２×１０−４〜５×１０−４トールの圧力の酸素の無水雰囲気中、熱抵抗蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）により、３００℃の温度に保持された清潔なアルミニウム箔の基板上でのアルミニウムの蒸着によって生成した。蒸着速度は、約３００オングストローム／秒であり、コーティングの厚さは３〜２０ミクロンであった。Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３層は、カリフラワー様形態を有するフラクタル様構造を呈した。「カリフラワーヘッド」（最大繰り返し単位）は、直径が約２ミクロンであった。「小花」（最小繰り返し単位）は直径が約０．２ミクロンであり、その結果、表面は、少なくとも０．２ミクロンから２ミクロンの距離スケールで自己相似となった。このことは、表面の外観によって確認された。Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３表面は黒色マット（拡散反射）であり、この表面が、可視光の波長の長さスケールでフラクタル様構造を有することを示した。したがって、その片面または両面上に蒸着したＡｌ／Ａｌ２Ｏ３層を有するアルミニウム箔を生成した。
【０１４０】
（以下に「タイプＩＩ」と記載される）コーティング箔は、酸素濃度が８〜１０×１０−３トールであることを除いて、同様の手順に従って生成した。
【０１４１】
（以下に「タイプＩＩＩ」と記載される）コーティング試料は、コーティングがより厚い、すなわち約２５０ミクロンであることを除いて、「タイプＩＩ」と同様の手順に従って生成した。
【０１４２】
（以下に「タイプＩＶ」と記載される）コーティング試料は、コーティングが５〜７ミクロンであり、重量が１．４〜３．２ｍｇ／ｃｍ３であることを除いて、「タイプＩ」と同様の手順に従って生成した。
【０１４３】
（以下に「タイプＶ」と記載される）コーティング試料は、コーティングが３〜５ミクロンであり、重量が０．７〜１．１ｍｇ／ｃｍ３であることを除いて、「タイプＩ」と同様の手順に従って生成した。
【０１４４】
（以下に「タイプＶＩ」と記載される）コーティング試料は、コーティングが４〜７ミクロンであり、重量が１．１〜１．６ｍｇ／ｃｍ３であることを除いて、「タイプＩ」と同様の手順に従って生成した。
【０１４５】
これらの特定の特性は、コーティング１２０を限定するものではないが、単に測定に使用する例として提示されることに留意されたい。生成プロセスを変更すると、フラクタル多孔質セラミック層および一般的な特性を共有するが、異なる厚さおよび重さを有する多くの他の種類のコーティングが得られ、これらは、同様に本開示の下で適用可能である。
【０１４６】
実施例２．コーティングの特徴付け
コーティング箔を電子顕微鏡法によって特徴付けた。図３Ｃおよび３Ｄに示すタイプＩＩ試料は、マイクロスケール範囲の孔およびナノスケール範囲（直径が１ミクロン以下）の小さな孔を含まない。図３Ｅおよび３Ａに示す５０〜１００ミクロン（タイプＩＩとタイプＩＩＩの間の中間）のより厚いコーティングは、（直径１０ミクロンまでの）マイクロスケールの範囲の大きな孔とナノスケール範囲の大きな孔および中くらいの孔を含む。
【０１４７】
蛍光の減少
実施例３．紫外光照射の条件下でのコーティングの蛍光
蛍光を測定するために、約７ｍｍの長軸、約５ｍｍの短軸の楕円形領域上で時間平均約２０パルス超のパターンで、パルスあたり２〜４×１０１２個の単色光子を生じさせる２４８．６ｎｍのレーザーをコーティング箔に照射した。楕円は中央が空であり、パルスごとにゆっくりと回転し、約１２〜１５パルスで全回転する厚さ約１．５ｍｍの明るいリングに照明があたっていた。統合された正味の照明は、約２ｍｍの明るい外輪エッジおよび７〜８ｍｍの外径を有する円形パターンであった。照射時間は、オンタイムが約４０マイクロ秒で、オフタイムが３００ミリ秒であった。測定は、一般的に、３Ｈｚで継続時間中３０１パルスであり、約１００秒の合計時間を要した。公称６帯域通過検出は、２０から１４ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）の解像度で２８０、３００、３２０、３４０、３６０および３８０ｎｍをカバーした。図５Ａ〜５Ｇは、本発明のいくつかの実施形態によるコーティング１２０の蛍光測定を示す。
【０１４８】
図５Ａおよび図５Ｂは、タイプＩコーティングについての蛍光測定の結果を示す。図５Ａは直線目盛での結果を示し、図５Ｂは対数目盛での結果を示す。３つのタイプＩのコーティングは、４ｍｍのアルミニウム基板上に生成され（３０９〜１１）、レーザービームおよび望遠鏡のミラーに垂直な方向で測定した（平均した結果を「タイプＩ−垂直」として示した）。これらは、直接後方散乱の測定であった。拡散のリターンを調べるために、１つの軸において垂直から約５０°離して傾けた試料と共に３つの同様の試料を測定した。（平均した結果を「タイプＩ−５０°傾斜」として示した）。レーザーを、コーティング片のほぼ中央に照射した。参照物質および対照として、ＴｈｏｒＬａｂ社の標準アルマイト黒色光学エレクターセットパート（ｂｌａｃｋ  ａｎｏｄｉｚｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｒｅｃｔｏｒ  ｓｅｔ）を同じ傾きで測定した。
【０１４９】
明らかに、垂直と傾斜の測定値の間にはほとんど差がなかった。光学エレクターセットパートは、２つのコーティングのいずれよりもはるかに強い蛍光を示した。
【０１５０】
実施例４．コーティングの極紫外光（ＥＵＶ）反射率
極紫外光（ＥＵＶ）源を使用して、タイプＩコーティング箔上での反射率測定を１２．９８ｎｍの中心波長で行った。測定手順および結果を以下に記載する。このレポートに記載されている全ての角度は、（試料表面に対して）グレージング角である。
【０１５１】
図５Ｃは、実験の設定を示す。ＥＵＶ放射は、ガスパフターゲットからレーザー生成プラズマ７１Ｃを使用して、源チャンバー７１で生成された。源のスペクトル特性は、使用される対象ガスに依存している。測定のために、酸素を対象材料として使用した。１５０μｍのスリット開口部７１Ａを通過した源７１Ｃによって放射された光を、スペクトルのより高い波長成分を遮断するプラズマ７１Ｃおよびジルコニウムフィルタ７１Ｂの約２ｍｍ後方に配置した。光学チャンバー７２において、試料１０７上のカークパトリック・バエズ構成画像スリット７１Ａ中の光学７２Ａを、Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラー７４Ａを介して実験チャンバー７３の中央に置いた。ミラー７４Ａは、（帯域外の放射線を遮断する）ＥＵＶスペクトル領域のスペクトルフィルタとして機能し、１２．９８ｎｍでの酸素の輝線に適合した。実験チャンバー７３に配置された反射率計は、それぞれ試料ホルダーおよび検出器ダイオード７５の２つの独立した回転ステージからなる。試料１０７上の（入射放射線に垂直な方向の）ビーム径は、水平方向に約３００μｍ、垂直方向に５００μｍである。プラズマ源７１Ｃの強度変動を監視するために、第２のＥＵＶフォトダイオード７７を、参照モニタとして使用した。これを、主ミラー７４Ａと同様の仕様で第２のフィルタリング多層ミラー７４Ｂによって照射した。図５Ｃの下の２つのグラフは、基準検出器７７で測定した場合の、放射線源７１Ｃおよびフィルタミラー７４Ｂを特徴付ける。追加の測定パラメータとして、検出器は、５°／１０°／４５°の試料の角度、反射角に対して−１０°〜＋１０°、および試料角の２倍の角度範囲でスキャンし、角度検出器の工程サイズが０．１°である。結果は、２５超のＥＵＶパルス／測定点の平均である。角度精度は、１°未満であり、角度再現性は０．１°未満であり、反射率の絶対精度は５％未満であり、反射率の絶対再現性は０．５％未満である。
【０１５２】
図５Ｄは測定結果を示す。３回の測定を行い、試料のＥＵＶ光散乱特性を分析した。これらについて、試料上への光の入射角は、それぞれ５°、１０°、および４５°のグレージング角（試料表面に対する角度）に設定した。これら３つの角度の結果を、一緒におよび別々に図５Ｄに示す。これらの位置のそれぞれについて、−１０°〜＋１０°の範囲の正反射率の角度を中心に検出器スキャンを行った。全ての測定についてバックグラウンド補正した。４５°の試料角について記録されたデータは、検出器７５のノイズレベルを表す。この試料の角度において、試料１０７に衝突する全ての放射線が吸収されるか、または反射光／散乱光は機器を用いて検出するには弱すぎるかのいずれかであった。５°と１０°の試料角度では、測定ビームの正反射率は、各データグラムの真中のピークとして見られる。これらのピークは、それぞれ５°および１０°試料角について約１％および０．１％の反射率を有する。これらのピークのフランクは散乱光に対応している。それらの非対称性は、小さな入射角度で、散乱光が試料自体によって遮断されるという事実から生じる。したがって、器具１００のコーティング１２０のいくつかの実施形態の代表である試料１０７は、非常に低い散乱特性を有する。
【０１５３】
実施例５Ａ．様々な蛍光バンドでのコーティングの蛍光
様々な傾斜角度での様々なコーティング１２０の蛍光を、２４８．６ｎｍ中空陰極放電レーザーを含み、４０〜６０μ秒の継続時間の出力パルスを発生する標的型ＵＶ化学、生物学および爆発物（ＴＵＣＢＥ）装置（Ｔａｒｇｅｔｅｄ  ＵＶ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ  （ＴＵＣＢＥ）  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）を用いて、１〜２０ヘルツの繰り返し率で測定した。出力強度を適度な範囲にわたって変化させ、測定のほとんどを３Ｈｚで、２〜３μジュール／パルス［２〜４×１０１２の光子］を用いて行った。この装置は、２７０〜４１０ｎｍの領域をカバーする、６狭帯域パスに限定されたＰＭＴ検出器を含む。検出器は、レーザーパルスとオンタイムでゲート同期し、また、レーザー蛍光シグナルの測定のために選択されたものと同じ積分時間でプレシーケンシャル周囲非レーザー光測定を行う。
【０１５４】
装置の光学は、公称６８インチ（１．７２ｍ）の距離でシグナル検出に最適な性能を提供するが、検出シグナルピークは狭くなく、最適な応答は約４インチ（１０ｃｍ）の距離範囲をカバーしている。オフジオメトリ測定を、垂直から公称５０°離し、オフセット面を装置からさらに離して移動させて行った。
【０１５５】
図５Ｅは、それぞれ垂直に近い測定下および５０°の傾斜で、３種類のコーティング（ＩＶ、Ｖ、ＶＩ）についての６つの蛍光バンドならびにパルスあたり収集されたリターン蛍光光子の比較を示す。コーティング部分を、全６つのバンド上のコーティング部分よりも有意に高い蛍光を示す黒色アルマイトアルミニウム部分と比較する。３種類のコーティング１２０について、全般的に、レーザービームに対して垂直な試料または約５０°後ろに傾けた試料の間で検出された蛍光に差異はなかった。蛍光収率は十分に１０−１０以下であるが、コーティングされていない部分はコーティングされた部分よりも１〜２桁高い蛍光フラックスを示した。
【０１５６】
実施例５Ｂ．異なる波長での箔およびコーティングの半球反射率
図５Ｆは、様々なコーティングを有する箔の異なる波長における半球反射率を示す。物質は、一般に、最高１０μｍで約２％および最高０．９μｍで１％未満の非常に低い反射率を示した。タイプＩＩは、１１μｍを超える波長でより高い半球反射率を示した。タイプＩＩＩは、より短い波長で低い半球反射率を示す。
【０１５７】
実施例６．青色蛍光部分の蛍光および吸光度測定
コーティングされたアルミニウム剛性板は青みがかった外観を呈したので、他の試験したコーティングおよびコーティング品と同様の低反射率および低蛍光を示すことを確認するための実験を行った。蛍光光度計を用いて、コーティング部分の励起（吸光度）および発光スペクトルを測定し、ブランクの、コーティングされていないアルミニウムと比較した。
【０１５８】
図５Ｇは、コーティング１２０がある場合とない場合の励起ならびに発光スペクトルの比較を示す。コーティングの励起は、ブランクアルミニウム部分の励起よりも著しく低く、発光はわずかに低かった。ブランクアルミニウム参照物とコーティング部分の両方の発光スペクトルにおいて８２６ｎｍで現れる狭いピークは、励起状態の強度に起因して生じる装置の効果であることに留意されたい。
【０１５９】
図５Ｉは、８４０ｎｍにおいて１％未満の反射率を示した試料の半球反射率スペクトルを示す。結論として、試験した部分の反射率は仕様書から全くはずれなかった。さらに、それらは、非蛍光性であることが示された。
【０１６０】
コーティングの多孔性
実施例７：コーティングの細孔分布および他の物理的特性
図４Ａ〜４Ｄは、本発明のいくつかの実施形態によるコーティング１２０の多孔性およびフラクタル構造を示す。図４Ａはセラミック層１２０の表面を模式的に示し、図４Ｂは、図４Ａに示されている、走査線８５に沿った細孔幅の分布を示し、図４Ｃは、細孔幅および長さの分布を示す。６３．５μｍの厚さを有する箔（Ｄ）に、図３Ｃおよび３Ｄに示したコーティング１２０を使用して片面蒸着を行った。表層の孔の形状は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって図４Ａに記載したように０．５μｍの深さまで測定した。細孔幅は、図４Ｂに示した分布を示し、幅対長さの分布データを図４Ｃに示した。
【０１６１】
図４Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による約９０個の試料の特定の領域のコーティング分布を示す。示した例において、コーティング箔１２０の最初の特定の領域の中央値（Ωコーティング、またはその質量の単位あたりのコーティングの有効面積）は１５ｍ２／ｇであった。基板の質量を考慮した場合、特定の領域の値はより小さかった。例えば、箔の厚さがＤ＝６３．５μｍの場合、Ωコーティングの値は６．５ｍ２／ｇであった。
【０１６２】
表５に示すように、コーティングの多孔性を油吸着法により評価した。実験の１つにおいて、（本発明のいくつかの実施形態における疎水性セラミック層１２２について）９つのゾーンを、それらの厚さ、体積、質量ならびにこれらの領域において吸収された油の質量および体積に関して３つの試料のそれぞれについて測定した。得られた多孔率は２５〜３５％である。
【０１６３】
【表５】
0006297065.tif 000006
【０１６４】
これらの測定は、セラミック層１２２の多孔率（図４Ｃ、表５）、その拡張された表面積（図４Ｄ）および細孔サイズの範囲にわたってべき法則依存性としての自己相似性を示すことによるそのフラクタル特性（図４Ｂ）を示す。
【０１６５】
特定の実施形態において、いくつかのコーティング種の密度は１．８〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲であった。いくつかの試料におけるコーティング１２０の組成は、約５０％のＡｌ、５０％のＡｌ２Ｏ３（±１０％）であった。いくつかの実施形態によるいくつかの試料の元素組成を表６に示す。
【０１６６】
【表６】
0006297065.tif 000007
【０１６７】
発明者らは、０．６６〜４．８である酸素原子に対するアルミニウム原子の比が、細胞毒性効果を引き起こさなかったことを発見した（下記参照）。特定の実施形態において、セラミック層１２２および／もしくはコーティング１２０ならびに／またはその上部は、細胞毒性になることを避けるためにこのような原子比を示し得る。特定の実施形態において、コーティング１２０は、コーティング１２０を非毒性にさせる酸化物層で覆われた金属コアを含んでよい。
【０１６８】
非細胞毒性
実施例８：コーティング試料の細胞毒性測定
本研究のこの部分の目的は、１０％ウシ胎児血清を含む細胞培地と共に、細胞毒性物質が研究材料、セラミックコーティング、すなわち図３Ｃおよび３Ｄに示したコーティングを施したチタンシートから抽出されるか否かを調べることであった。Ｌ９２９マウス線維芽細胞を用いた増殖阻害試験として、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５に従って試験を行った。成長阻害試験は、抽出可能な細胞毒性物質の存在を確認するために設計されている。哺乳類細胞の増殖率は毒性物質の存在下で有意に減少する。通常、増殖率は、異なる時間間隔での細胞数または細胞のタンパク質含有量を比較することによって決定される。本発明の定量的細胞毒性アッセイにおいて、増殖している細胞培養物を材料の抽出物の希釈系列に暴露し、陽性対照（例えば、１０％ジメチルスルホキシドを含む培地）および陰性対照（抽出していない培地）と比較して増殖率を決定した。
【０１６９】
この細胞毒性アッセイの条件下での細胞数およびタンパク質濃度の間には直線関係があるので、生存細胞数は、それらのタンパク質濃度によって評価されるように、試験した抽出物濃度の相対的な細胞毒性を示す。
【０１７０】
試験システムは以下の基準に基づいていた：ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５、２００９年、医療機器の生物学的評価−第５部：インビトロ細胞毒性試験；ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−１２、２００８年、医療機器の生物学的評価−第１２部：試料調製および参照材料；ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−１、２００３年、医療機器の生物学的評価−第１部：評価および試験；ＵＳＰ  ３１、２００８年、第８７章−インビトロでの生物学的反応性試験。
【０１７１】
本研究で使用した化学物質および材料：細胞培養プレート：９６ウェルマイクロリットルプレート（Ｃｏｒｎｉｎｇ社、ロット番号２２５０９０２１）；細胞培養皿：直径１００ｍｍ（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製品番号３１００）；トリプシン／ＥＤＴＡ：０．０５％トリプシン−ＥＤＴＡ（Ｇｉｂｃｏ社、ロット番号６７０３８０）；ＤＭＳＯ：ジメチルスルホキシド、＞９９．５％（Ｓｅｒｖａ社、ロット番号０９０１５３）；エタノール：１％ブタノンおよび他のケトン類の添加により変性された（工業グレードの）９９％、１０ｐｐｍの安息香酸デナトニウム（ＢｆＢ：連邦政府独占、オッフェン緩衝液）；クリスタルバイオレット染色：水中０．１％、ｗ／ｖ（クリスタルバイオレット、ＬＭＫロット番号７４０６）；トリトン×１００液：水中０．２％、ｖ／ｖ（トリトン×１００、ＬＭＫロット番号７４０７）；細胞培地：１０％（ｖ／ｖ）ウシ胎児血清（ＦＣＳ、Ｇｉｂｃｏ社製品番号１０２７０−１０６）、５８４ｍｇ／１Ｌ−グルタミン（ＰＡＡ社、製品番号Ｍ１１−００６）、５０ｍｇ／１Ｌ（＋）アスコルビン酸、ナトリウム塩（Ｍｅｒｃｋ社、製品番号Ｆ７７４４２７）、１４０．０００Ｕ／１ペニシリン（Ｓｅｒｖａ社３１７４９）、１４０ｍｇ／ｌのストレプトマイシン（Ｓｅｒｖａ社３５５００）を含有するＤＭＥＭ（ダルベッコ改変イーグル培地、ＬＭＫロット番号７４２１）；ＰＢＳ：０．００４ＭのＫＨ２ＰＯ４、０．０１１ＭのＮａ２ＨＰＯ４＊２Ｈ２Ｏ、０．００３ＭのＫＣｌ、および０．１１９ＭのＮａＣｌを含有し、ＮａＯＨでｐＨ７．２に平衡化したリン酸緩衝生理食塩液（ＰＢＳ、ＬＭＫロット番号７２９３）。
【０１７２】
使用した増殖阻害試験は、前述のＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯおよびＵＳＰ３１の文書に記載されたガイドラインならびに基準に準拠する。Ｌ９２９マウス線維芽細胞と呼ばれるＬ９２９細胞をアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション、米国メリーランド州ロックビルから入手した（ＡＴＣＣ番号ＣＣＬ１、ＮＣＴＣクローン９２９、結合組織マウス、株Ｌのクローン）。Ｌ９２９マウス線維芽細胞を含む細胞バンクを−１９６℃で維持した。さらに、Ｌ９２９細胞を標準的な細胞培養技術（５％ＣＯ２を含む加湿空気中３７±１℃でのインキュベーション）を用いて永久培養した。培養した細胞を、定期的に細胞増殖およびマイコプラズマの非存在について調整した。
【０１７３】
増殖阻害試験については、ストック培養物から増殖しているＬ９２９マウス線維芽細胞（５９６継代）を用いた。これらを慎重にトリプシン処理し、１ｍｌ当たり４０．０００細胞の濃度まで細胞培地（ＤＭＥＭ）で希釈した。この懸濁液から、１００μｌ（１．３×１０細胞／ｃｍ２に相当）を９６ウェルマイクロタイタープレートの内部ウェルにピペットで移した。プレートの外側のウェルをＤＭＥＭで満たした。全てのプレートを５％ＣＯ２および約９５％の相対湿度で、３７±１℃のインキュベーターの中でインキュベートした。細胞を１つの完全なプレートに播種した後４時間の時点で、初期（ｔ＝０）細胞密度の決定のために細胞をクリスタルバイオレットで染色した。同時に、他のプレートのウェルを、試験物質および対照の希釈系列で満たした。それぞれの抽出物または試料の各希釈段階の１０個の複製物を異なるウェルで試験した。その後、プレートを、５％ＣＯ２を含む加湿雰囲気中、３７±１℃で７２±２時間インキュベートした。
【０１７４】
インキュベーション期間の終わり（ｔ＝７２時間）に、細胞をそれらの条件について１００倍の倍率で、倒立顕微鏡下で調べた。その後、生物学的エンドポイントを、以下のプロトコルに従って、クリスタルバイオレットで染色することによって決定した：上清培地を除去し、細胞をＰＢＳで２回洗浄し、細胞を１００μｌのエタノール（９９％）で１０分間固定し、エタノールを除去し、細胞を２５分間、クリスタルバイオレット溶液１００μｌで染色し、細胞は、残りの染色を除去するために蒸留水で４回洗浄し、細胞を５０μｌのトリトン×１００溶液で覆い、１０分後、光学吸光度を５７０ｎｍで測定した。
【０１７５】
以下の試験は、測定のための対照として使用した：
陰性対照Ｉ：インキュベートしていない細胞培地（ＤＭＥＭ＋１０％ＦＣＳ）
陰性対照ＩＩ：抽出物と同じ条件下で２４時間インキュベートした細胞培地（ＤＭＥＭ＋１０％ＦＣＳ）
陽性対照：ジメチルスルホキシドの希釈系列（１０−３−１−０．３％ＤＭＳＯ）
【０１７６】
表７に、定量的細胞増殖阻害試験の結果をまとめる。コーティング試料の抽出物の濃度はいずれも細胞毒性反応を示さなかった。全ての値を、対応する標準偏差（ＳＤ）と共に１０回の平均値として示す。表８に、以下のスコア値の定義に従って（ＵＳＰ−ユニバーサル試料処理方法論に従って）、顕微鏡評価の結果をまとめる：０−反応性なし、個々の細胞質内顆粒；細胞溶解物を含まない；１−わずかな反応性、細胞の２０％以下は丸く、緩く接着しており、細胞質内顆粒を含まない；時折溶解した細胞が存在する；２−軽度の反応性、細胞の５０％以下が丸く、細胞質内顆粒を欠いている；多量の細胞溶解物も、細胞間の空領域も存在しない。３−中程度の反応性、細胞層の７０％以下は丸型細胞を含むか、または溶解されており、細胞層がほぼ完全に破壊されている；４−重度の反応性。
【０１７７】
【表７】
0006297065.tif 000008
【０１７８】
コーティング試料は、より低い増殖阻害率（％）を示すので、陽性対照よりも低い濃度でより優れている。高濃度で、コーティング試料は、陰性インキュベート対照に匹敵する値を有する。
【０１７９】
【表８】
0006297065.tif 000009
【０１８０】
コーティング試料は、全ての濃度にわたって全く反応性を示さないので、陽性対照よりも低い濃度でより優れているが、陽性対照は少なくとも一部の細胞層の破壊を引き起こす。コーティング試料は、濃度の全範囲（３〜１００％）にわたって反応性を示さない。
【０１８１】
まとめると、マウスの線維芽細胞増殖阻害試験の感度が高いため、３０％までの平均成長阻害は、細胞毒性の重大なリスクを示さないと想定される。観察された結果に基づき、かつ選択された試験条件下で、コーティング試料は、Ｌ９２９マウス線維芽細胞での増殖阻害試験の全ての抽出物において細胞毒性効果はないと考えられた。
【０１８２】
実施例９：コーティングのガス放出測定
図３Ｃおよび３Ｄに示されているコーティング１２０を有する器具１００のようなコーティング箔のＣＶＣＭ（収集された揮発性凝縮可能材料）およびＲＭＬ（回収された質量損失）のレベルを測定した。コーティングの高い比表面積により、それらは、周囲の大気環境において水蒸気吸収の増大を示し、若干上昇した総質量損失（ＴＭＬ）レベルをもたらすが、水蒸気の取り戻し（ＷＶＲ）を考慮した場合には、実際のＲＭＬは非常に低い。残留ガス分析（ＲＧＡ）測定から得られたコーティングからのガス放出の質量分析測定値は、水蒸気以外の成分の脱離を示さない。
【０１８３】
表９に、ガス放出測定値の結果をまとめる。試料を１８００℃で２時間、試験前に焼成し、次いで、ＡＳＴＭ  Ｅ−５９５に従って試験した。データは、コーティングの質量損失がほぼ完全に吸収された水蒸気によるものであることを明確に示している。標準的な２４時間のＷＶＲ試験でＷＶＲ０．３１が得られたが、時間が７２時間に延長された場合には、ＲＭＬは０．０２３まで減少した。この理由は、コーティングの形態が水の損失および取り戻しのプロセスを減速させるからである。
【０１８４】
【表９】
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【０１８５】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、全ての医学的基準または実験室基準に準拠し得る非常に低いレベルのガス放出を示すように形成される。例えば、ＴＭＬ値は、１．０％未満であってもよく、かつ／またはＣＶＣＭ値は０．１％より低くてもよい。コーティング１２０は、１％未満のＲＭＬが要求される場合に、ＥＣＳＳ−Ｑ−７０−０２Ａ基準に準拠することが見出された。いくつかの実験において、吸収された水蒸気の絶対質量は、コーティングが非常に薄く、非常に低い質量を有するという事実により非常に小さかった。絶対ＴＭＬは０．０４ｍｇ／ｃｍ２のオーダーであり、ＲＭＬは０．０１ｍｇ／ｃｍ２のオーダーであった。１００℃未満の特定の構成において、ガス放出／水蒸気の損失は非常にゆっくり進行し、多くの医学的使用および実験室使用において遭遇しない１１５℃超の温度に達するまで増加しなかった。特定の実施形態において、コーティング１２０は、０．０３％未満のＣＶＣＭおよび／または０．７％未満もしくは０．０７％未満のＴＭＬを示す。特定の実施形態において、コーティング１２０は０．００１％以下のＣＶＣＭおよび０．２％以下のＲＭＬを示す。特定の実施形態において、コーティング１２０は０％に等しいＣＶＣＭを示す。
【０１８６】
他の製品（例えば、ニトロセルロースでコーティングされたスライドガラス）に関する非常に低いガス放出率は、放出された蒸気およびガスによる干渉がより少ないおかげで減少したエラー率ならびに放出された蒸気およびガスと試料の相互作用の減少を含むいくつかの利点を有する。さらに、開示されたコーティングの低いガス放出率は、器具１００の貯蔵寿命を著しく増加させ、したがって、重要な利点をもたらす。別の利点は、試料と相互作用して安定性が低くなる有機コーティングを用いた他の製品に対して、コーティング１２０が無機性である点である。
【０１８７】
レーザー誘起損傷
実施例１０：黒色コーティングのレーザー誘起損傷閾値（ＬＩＤＴ）試験
レーザーアブレーションに対するコーティング１２０の安定性を、レーザーアブレーションおよびコーティングの安定性の一般的な指標を用いて、コーティング１２０をパターニングする可能性を確認するために研究した。以下のコーティング１２０を試験した：（ｉ）タイプＩ＃３３３でコーティングされたステンレス鋼、薄い基板（０．６５ｍｍ）；（ｉｉ）タイプＩＩ＃３３２でコーティングされたステンレス鋼、薄い基板（０．６５ｍｍ）；（ｉｉｉ）タイプＩＩ＃３１５でコーティングされたアルミニウム、厚い基板（３．００ｍｍ）。試験を、波長１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍにて異なる露光時間の間行った。図６Ａ〜６Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、コーティングのレーザー誘発損傷に関連する設定および測定結果を示す。
【０１８８】
図６Ａは、測定システム６０における測定値の設定を示す。試料１０６をＸ−Ｙ−並進ステージ上に載せ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー６１によって照明した。それぞれの照射について、新しい試料サイトを選択した。ビデオ顕微鏡６４のおかげで、オンライン損傷検出が達成された。デバイス６４のデジタルＣＣＤカメラを、画像分析ソフトウェアによって操作し、試料の顕微鏡写真（照射前対照射後）のサブトラクションを行った。ＩＳＯ  １１２５４に従って、損傷を試料形態の全ての検出可能な変化として定義した。入射レーザパワーは、ポンプダイオードの電流を変えることにより変化させ、パワーを、レーザー開口部に較正電力計を直接配置することによって測定した。１０６４ｎｍの波長では、レーザービームを試料に直接照射した。５３２ｎｍの波長では、試料上の目に見える損傷を作り出すために両凸レンズ６２（ｆ＝１００ｍｍ）を使用してビームを集中させる必要があった（第２高調波発生については約２５％の効率）。照射パラメータは以下のとおりであった：波長：１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ；パルス長：１μ秒；繰り返し速度：２０ｋＨｚ；試料上のビームサイズＡｅｆｆ：１．８×１０−２ｃｍ２（１０６４ｎｍ）、３．９×１０−４ｃｍ２（５３２ｎｍ）；最大強度：８００Ｗ／ｃｍ２（１０６４ｎｍ）、８０００Ｗ／ｃｍ２（５３２ｎｍ）；照射時間：１５、２０、３０、６０、１２０秒。
【０１８９】
１０６４ｎｍについての試料表面上のレーザビームプロファイルを、ＣＣＤカメラ（０°）の直接暴露によって記録した。プロファイルを、ピーク強度については約１ｍｍの直径および低い強度（ピークからのカウントで３０％）については約２ｍｍの直径を有する画素数を用いて測定した。５３２ｎｍについてのビームプロファイルは、試料表面の平面に位置するホワイトペーパーに照射して、損傷検出に使用するビデオ顕微鏡（カメラ視界角度６０°）を用いて迷光を監視することにより記録した。プロファイルを、レンズ６２による焦点調節により、ピーク強度については約０．１ｍｍの直径および低い強度（ピークからのカウントで３０％）については約０．２ｍｍの直径を有する画素数を用いて測定した。
【０１９０】
それぞれのレーザー強度および照射時間について、試料１０６を新しいサイトで照射した。照射後、損傷の程度を、目視検査によって、かつデジタル画像処理を用いたビデオ顕微鏡６４の助けを借りて評価した。全ての試料（タイプＩおよびタイプＩＩ）の場合においては、レーザー損傷は白い斑点の出現（光散乱の増加、吸収の減少）によって特定できる。図６Ｂは、ＳＥＭ顕微鏡によって調べた時の損傷した試料サイトのマイクロ形態を示す。左パネルは、レーザー損傷６６がコーティング材料の除去に起因することを示す。これは、（照射直後に、裏側に触れることによって気付くとおり）熱相互作用プロセスに起因し得、レーザー照射が完全に吸収されて熱に変換され、それが試料を高温にさせる。
【０１９１】
オンライン損傷閾値の決定には、試験サイトのビデオ顕微鏡写真を各露光の前後に撮影し、その後、互いからサブトラクションする。損傷が無い場合には、画像間の差異は見られなかった。典型的な損傷事象は、約１ｍｍの直径を有するスポット中の明確な違いによって特徴付けられた。
【０１９２】
様々なレーザー強度で試料に照射した。各露光後、損傷の発生を、損傷が発生した時の最小強度と損傷が発生しなかった時の最大強度の平均値であるＬＩＤＴとして評価した。図６Ｃは、タイプＩ試料を１０６４ｎｍで１５秒間露光する試験でのＬＩＤＴを決定するための損傷測定値を示す。測定されたＬＩＤＴは、７４６Ｗ／ｃｍ２＋／−０．８％であった。次に、この試料を、２０、３０、６０および１２０秒間露光した。得られたＬＩＤＴ値は、それぞれ、７１４、５８９、５０１および５０８Ｗ／ｃｍ２であった。より短い露光時間では、露光部位に損傷を作り出すのにより高い強度が必要とされた。６０秒および１２０秒についての同様のＬＩＤＴデータは、約５００Ｗ／ｃｍ２の飽和レベルを示す。これは平衡温度に到達した時の強度であり、損傷が作り出されていない時の強度を下回る。
【０１９３】
タイプＩＩ試料の場合には、損傷領域と非損傷領域のコントラストは非常に低かった。露光時間を（１５秒、２０秒、３０秒）増加させても、最初の照射は損傷の徴候を与えなかった。最初の損傷は６０秒の照射後に観察され、１５秒程度の照射後にも損傷が生じた。これは、加熱によるインキュベーション効果によって説明され得る。（インキュベーション後の）得られたＬＩＤＴ値は、１５、２０、３０および６０秒の露光期間についてのものであり、それぞれ、４３５、３６７、３９０および４４９Ｗ／ｃｍ２のＬＩＤＴ値が得られた。タイプＩ試料とは対照的に、タイプＩＩ試料のＬＩＤＴ値は、著しい露光時間依存性を示さなかった。約４００Ｗ／ｃｍ２の平均値は、タイプＩ試料の平均値（約５００Ｗ／ｃｍ２）よりもかなり低い。別のタイプＩＩ試料では、最大強度であっても全く損傷は検出できなかった。これは、基板の厚さに起因し得る。前の２つの試料（厚さ＝０．６５ｍｍ）とは対照的に、このタイプＩＩ試料の基板は厚さが３ｍｍであった。理論に束縛されることなく、基板の露光部位からより冷たい領域への熱の流れは、はるかに効果的であると考えられる。したがって、基板の厚さは、器具１００においてコーティング１２０の放熱およびレーザーアブレーションに対する感度を制御するように設計され得る。
【０１９４】
タイプＩ試料は、３０秒および６０秒の露光時間で５３２ｎｍの照明により試験した。対応するＬＩＤＴ値は、１５１３および７８２Ｗ／ｃｍ２であった。５３２ｎｍのＬＩＤＴデータは、１０６４ｎｍで得られたものと比較してかなり高い。これは、５３２ｎｍの試験に使用した集束レンズに起因する試料上のより小さなスポットサイズに起因し得る。最初のタイプＩＩ試料を３０秒および６０秒の露光時間で試験し、９１０および５６４Ｗ／ｃｍ２のＬＩＤＴ値を得た。１０６４ｎｍと同様に、このタイプＩＩ試料のＬＩＤＴデータは、タイプＩ試料のＬＩＤＴデータよりも低い。他の試料のタイプＩＩ試料では、１０６４ｎｍの試験と同様に、最大強度であっても損傷は全く検出されなかった。表１０に、これらおよび追加試験に関するＬＩＤＴの測定結果をまとめる。
【０１９５】
【表１０】
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【０１９６】
まとめると、タイプＩ試料およびタイプＩＩ試料のＬＩＤＴ値を、波長１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍで、異なる露光時間測定した。損傷は、光散乱の増加と関連する一部の材料の除去に起因する可能性があった。レーザー損傷の起源は熱相互作用のプロセスであり、厚い基板（３ｍｍ）では、損傷はより良好な熱緩和により生じなかったという事実によって示される。タイプＩ試料のＬＩＤＴは両方の波長においてタイプＩＩ試料に比べて高かった。タイプＩ試料は、より大きな露光時間依存性を示した。タイプＩＩ試料の損傷評価は、タイプＩ試料と比較してより困難であった。全ての試料について、損傷部位と非露光周囲との間のコントラストはかなり弱く、標準的な昼光照明の下ではほとんど見ることができなかった。
【０１９７】
特定の実施形態において、コーティング１２０をレーザーアブレーションし、器具１００のチャネルまたは細胞などのアブレーションパターンの非常に高い解像度に達してもよい。都合のよいことに、コーティング１２０の無機性は、他の生成物（例えば、ニトロセルロース）の中で使用される有機材料に対するその安定性を高める。安定性の増強により、コーティング１２０内により薄いチャネルおよび細胞を形成することができ、したがって、それぞれの器具１００を向上させる。さらに、コーティング１２０の安定性の増強は、例えば、オートクレーブでの高温殺菌などの標準的な処理がコーティング１２０および／またはそのパターンを損傷することなく実行されることを可能にする。さらに、無機コーティング１２０は、器具１００の有用性をさらに高める摩耗に対する機械的抵抗性の増強を示す。機械的抵抗性はまた、抵抗性の低いコーティングには適用できないエンボス加工などの製造手順も可能にする。
【０１９８】
実施例１１：エンボス箔の生成
アルミニウム箔の基板を実施例１に記載したようにコーティングし、その後、マルチウェルプレートとして用いるのに適したエンボス箔１００（図１Ｄ）を作製するために、箔に規則的なパターンでエンボス加工を施した。他の実施形態において、箔１００は、底なしマルチウェルプレートのバッキングとして使用される（図１Ｆ）。
【０１９９】
実施例１２：コーティングされたマルチウェルプレートの生成
アルミニウムは、２×１０−３トール〜５×１０−３トールの圧力の窒素および２×１０−４トール〜５×１０−４トールの圧力の酸素の無水雰囲気下で、熱抵抗蒸着、電子ビーム蒸着、電気アーク蒸着、レーザー蒸着、スパッタリング、もしくは同様の技術によってポリマーまたは類似物質からなるマルチウェルプレート１００（図１Ａ）の少なくとも内側のウェル表面上に蒸着される。他の実験では、２０％より高い酸素濃度が利用される。コーティングは、３０〜２５０ミクロンの厚さで適用される。このように、内側のウェル表面に蒸着したＡｌ／Ａｌ２Ｏ３層を有するコーティングプレートが生成される。
【０２００】
実施例１３：様々な機能性リガンドのコーティング表面への結合
特定の実施形態において、器具１００は、特定の分子の結合を増強するように構成されてもよい。コーティング試料（箔、プレートまたは器具１００の任意の他の実施形態）は、例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、または類似の試薬を用いて洗浄される。３時間１１０℃で焼成した後、スライドを、ＨＰＬＣ−グレードの乾燥トルエン中のＮ−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロリド（メタノール中５０％；Ｕｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から入手可能）の２％（ｖ／ｖ）溶液で４５分間処理し、その後、トルエンで十分にすすぎ、空気乾燥させる。この段階に到達すると、室温でのインキュベーションを含む様々なリガンド接着スキームの全てが可能である。ヘミンのＮ−ヒドロキシスクシンアミドジエステルで飽和したトルエン溶液でシラン処理したスライドを一晩インキュベーションし、その後、トルエンで洗浄し、空気乾燥することにより、ヘミン（フェリプロトポルフィリンＩＸ）を共有結合させることができる。もう１つの方法として、スライドをリン酸緩衝液（ｐＨ８．０）中５０％のグルタルアルデヒド（ｖ／ｖ）溶液で３０分間処理し、多量の水ですすぎ、乾燥させ、その後、様々なアミン含有リガンドを一晩のインキュベーションによって接着させることができる。例えば、デスフェリオキサミンＢの２％（ｗ／ｗ）溶液と一晩インキュベーションした後、水ですすぎ、その後、１０ｍＭの硫酸第一鉄液（ｐＨ７．０）と２分間インキュベーションし、さらに水ですすいで、空気乾燥し、接着したシデロフォアフェリオキサミンＢを含有するスライドを生成する。
【０２０１】
表面をコーティングするためのプロセスの非限定的な概略例は、以下の３つの工程を含む：（ｉ）シラン系分子を表面へ結合させる工程、（ｉｉ）シランの末端に架橋剤を結合させる工程、および（ｉｉｉ）架橋剤分子の末端に生体分子を接着させる工程。
【０２０２】
実施例１４：疎水性および親水性領域を有するコーティングプレートを作製するためのレーザーアブレーションの使用
レーザーアブレーションを用いて、乾燥非接触デジタル単一工程プロセスにより記載のコーティングに、パターニング、例えば、疎水性および親水性領域のパターニングを追加してもよい。金属化材料は、キャリア基板にあまり損傷を与えずに効果的に除去できるため、繊維および紫外光（ＵＶ）レーザーはアブレーションに特に理想的である。このプロセスは、材料のいずれかの側で完了できる。使用するレーザー光源および波長は、除去されるコーティングの種類およびコーティングの下の基板の種類を含む、処理される材料に依存する。当業者であれば、本開示を考慮すると、レーザー波長の適切な選択もまた必要なアブレーションの幅および品質に依存することを理解するであろう。例えば、記載したコーティングの大部分は、ＵＶレーザー波長で非常に十分にアブレーションされる。
【０２０３】
別の例として、ＣＯ２レーザー単独では、ポリマーから導電性コーティング除去するのに適切ではない可能性がある。なぜなら、一般に、ポリマーがＣＯ２レーザー波長を吸収し、導電性コーティングの下の基板層に損傷を引き起こすからである。ポリマーの下部もまた、導電性コーティングの蒸着時に発生する熱から損傷を受け得る。しかし、ＣＯ２レーザーは、これらの種類の目的のために、繊維、ＹＡＧ、およびＵＶレーザーと組み合わせて使用できる。
【０２０４】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、特定の分子の結合を増強するように形成される。
【０２０５】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、２００〜２８０ｎｍの入射波長の範囲および２８０ｎｍ〜３８０ｎｍの蛍光波長の範囲にわたって、１０−９以下の入射光子数の蛍光率を示すように形成される。
【０２０６】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、０．１〜１０μｍに及ぶ波長範囲にわたって、２％未満の半球反射率を示すように形成される。
【０２０７】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、直径５〜２０ミクロンの細孔の大部分で、５０％の表面多孔率を示すように形成される。
【０２０８】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １０９９３−５に従って、１０％ウシ胎児血清を含む培地中のＬ９２９マウス線維芽細胞を用いて測定した時に、有意な細胞毒性を示さないように形成される。
【０２０９】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、１０６４ナノメートル（ｎｍ）の波長、１μ秒のパルス長、２０ｋＨｚの繰り返し率、および１．８×１０−２ｃｍ２の試料上のビームサイズ（Ａｅｆｆ）での６０秒間の直接照射の条件下で、４００Ｗ／ｃｍ２以上のレーザー誘起損傷閾値を示すように形成される。
【０２１０】
特定の実施形態において、コーティング１２０は、ポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、またはストレプトアビジンにコンジュゲートされる。
【０２１１】
親水性および結合の調節
親水性、生体分子への結合、および蛍光バックグラウンド放射線の特性に関していくつかの種類のコーティング１２０について試験を行った。コーティング１２０は、生物学的および多くの化学的な試料を処理するのに適する非常に高いレベルの親水性を示した。本発明者らは、コーティング１２０が生体分子への良好な結合特性を示すことを発見した。
【０２１２】
例えば、図５Ｈに示すように、ガラス表面でドット状にパターニングされたコーティング１２０については、蛍光タンパク質でのスポッティング（上５列）および標識ＤＮＡでのスポッティング（下５列）の両方により、正しく並べられたドットが得られた（左図）。スライドガラスを洗浄した後、スポットは、その形状および蛍光測定値を保持していた（右図）。
【０２１３】
実験の詳細に関して、スライドガラス上のコーティング１２０を図示した構成に含めた。コーティング１２０は、スポットサイズを調節するためのエポキシ末端シランを含有するオーバーコート層１２１と多孔質層１２２を含んでいた。結合分子１２５は、蛍光標識タンパク質（緑、アレクサ５５５で標識したウサギ抗マウスＩｇＧ、濃度＝緩衝液中０．２ｍｇ／ｍｌ）およびＤＮＡ（赤、ＡＴＴＯ  ６４７色素で標識したオリゴ、濃度＝緩衝液ＩＩ中１μｍ）であった。タンパク質およびＤＮＡのそれぞれについて示した５×１０アレイでは、タンパク質およびＤＮＡ溶液を、３５０ｐｌ（１滴／スポット）の液滴体積を有するインクジェットプリンタを用いてコーティングスライドガラス上にプリントした。固定化を、室温および７０％の湿度で一晩行った。結合していない分子を適切な洗浄緩衝液で洗浄し（緩衝液１での１０分間の洗浄、緩衝液２での５分間の洗浄を２回繰り返した）、水ですすぎ、遠心分離で乾燥させた。スポット後および洗浄工程後に、結合分子およびバックグラウンドからの蛍光シグナルの読み出しを調べた。スキャンを１０μｍ／画素、明るさ＝５０、コントラスト＝５０で実施した。
【０２１４】
スポットは均質な形態で成形されたドットであり、スポットの周辺には拡散または「シャドーイング」効果はなく、スポットからはシグナル強度は非常に良好で、バックグラウンド強度は比較的低い。実験は、コーティング１２０による生体分子の非常に効果的な結合を示す。
【０２１５】
以上の説明において、実施形態は、実施例または本発明の実行である。「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」または「いくつかの実施形態」の様々な形は、必ずしも全て同じ実施形態を指すものではない。
【０２１６】
本発明の様々な特徴が単一の実施形態の文脈で説明され得るが、これらの特徴はまた、別々にまたは任意の適切な組み合わせで提供されてもよい。逆に、本発明は、明確にするために別々の実施形態の文脈において本明細書に記載され得るが、本発明はまた、単一の実施形態で実行されてもよい。
【０２１７】
本発明の特定の実施形態は、上記に開示した異なる実施形態の特徴を含んでよく、特定の実施形態は、上記に開示した他の実施形態の要素を組み込んでよい。特定の実施形態の文脈における本発明の要素の開示は、それらが特定の実施形態でのみ使用されるように制限するものとして解釈すべきではない。
【０２１８】
さらに、本発明が様々な方法で実行または実施でき、本発明が、上記の概説したもの以外の特定の実施形態において実行できることは理解されたい。
【０２１９】
本発明は、それらの図または対応する説明に限定されるものではない。例えば、フローは、それぞれの図示したボックスまたは状態に進む必要はなく、または図示および記載したのとまったく同じ順序で進む必要はない。
【０２２０】
別途定義されない限り、本明細書で使用する技術用語および科学用語の意味は、一般的に、本発明が属する技術分野の当業者によって理解されるものである。
【０２２１】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、これらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されるべきである。他の可能な変形、修正、および応用もまた本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲はこれまで説明してきたものに限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって限定されるべきである。
【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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