(57)【要約】  本発明は、固有の構造的勾配を備える反応的ヒドロゲル浸透層を含む生物工学デバイスに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層の厚さ方向における及び／又は少なくとも所定の種の生体分子のフローに対して実質的に平行な方向における固有の構造的勾配を、少なくとも浸透層の部分において持つ反応的ヒドロゲル浸透層を有する、生物工学デバイス。
【請求項２】
前記ヒドロゲル浸透層が、物理刺激、化学刺激及び／又は生化学刺激を有する刺激の少なくとも１つに対して反応的である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記構造的勾配が、架橋密度、組成、有孔率、順序パラメータ、下限臨界溶解温度という特徴の少なくとも１つ又は複数における勾配を有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記デバイスが、少なくとも１つのキャプチャ及び／又は薬剤放出部位を有し、前記浸透層は、前記少なくとも１つのキャプチャ部位に関連付けられる前記浸透層の領域において固有の構造的勾配を持つ、請求項１乃至３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスが、少なくとも１つの薬剤放出部位を有し、前記浸透層は、前記少なくとも１つの薬剤放出部位に関連付けられる前記浸透層の領域において固有の構造的勾配を持つ、請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記固有の構造的勾配が、架橋密度を含み、前記架橋密度は、前記浸透層の厚みにわたり係数≧１．５で変化する、請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記固有の構造的勾配が、有孔率を含み、前記ヒドロゲル浸透層の前記有孔率は、前記浸透層の前記厚みにわたり係数≧１．２で変化する、請求項１乃至６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記ヒドロゲル浸透層が、前記下限臨界溶解温度における勾配を持ち、前記下限臨界溶解温度は、前記層の厚さにわたり≧１Ｋで変化する、請求項１乃至７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のヒドロゲル浸透層を生み出す方法において、（ａ）少なく２つの単量体物質であって、前記２つの単量体物質が異なるサイズ及び／又は反応性を持つ、少なく２つの単量体物質と、ポリメリゼーションの間、強度勾配をもたらす少なくとも１つの紫外線吸収複合物とを与えるステップと、
（ｂ）光重合を実行するステップとを有する、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載のデバイスを組み込むシステムであって、
−分子診断法のために使用されるバイオセンサ、
−血液又は唾液といった複雑な生物学的混合物におけるタンパク質及び核酸の高速かつ感度の良い検出、
−化学、医薬又は分子生物学に関する高スループットのスクリーニングデバイス、
−犯罪学におけるＤＮＡ若しくはタンパク質のため、病院におけるオンサイト検査のため、又は中央研究室若しくは科学研究室における診断のための試験デバイス、
−心臓学と、感染症及び腫瘍学と、食品と、環境診断とに関するＤＮＡ又はタンパク質診断のためのツール、
−コンビナトリアル化学のためツール、
−解析デバイス、という用途の１つ又は複数において使用されるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物工学デバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、浸透層を使用する複数の生物工学デバイス、例えば解析用生物工学デバイスが記述されている。浸透層は、核酸（又は他の標的分子）の不動化のため、例えばキャプチャ部位を与える。これらのデバイスにおいて、浸透層の主要な機能は、電極表面で直ちに生成される非常に反応的な電気化学環境から、キャプチャされた標的分子を切り離すことである。この層は、電極での電気化学反応から生じるイオン及びガスが生体液に段階的に拡散することも可能にする。
【０００３】
例えば、本書において参照により含まれる、米国特許第6,960,298号及びその中で引用される関連特許から、バイオアッセイのためのアクティブ電子行列デバイス上で使用される合成ポリマヒドロゲル浸透層が知られている。
【０００４】
特にそれらが縮小及び／又は膨張することができることが原因で、この分野において使用される大部分のタイプの浸透層は、ヒドロゲル層である。多くの用途において、外部の刺激に応じて浸透層を縮小及び／又は拡大させることが可能である。例えば、加熱／冷却、ｐＨにおける変化、上記浸透層の少なくとも一部への電界の印加、電荷の印加、その一部を流れる電流の印加といった刺激がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、斯かる浸透層を用いる分野における多くの生物工学デバイスにおいて、例えば薬剤放出のための解析デバイスにおいて、デバイスの感度及び有効性を増加させようとするとき、「エンクロージャ」現象（「シックスキン(thick skin)」現象とも呼ばれる）が共通の問題となる。例えば、上位のヒドロゲル層が急速に縮小して層のより低い部分に配置される分子がもはや浸透層を出ることができないとき、又は縮小がそれほど速くなく分子がこの層において「トラップにかかる」又は「囲まれる」とき、斯かるエンクロージャが発生する。これは、デバイスの誤検出及び感度減少をもたらす場合がある。さらに、斯かるデバイスの速度は、制限される。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上述の欠点のいくつかを少なくとも部分的に克服することができ、解析の特異度、速度及び／又は有効性を増加させるのに役に立つデバイスを与えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明の請求項１に記載のデバイスにより解決される。それによれば、層の厚さ方向における、及び／又は少なくとも所定の種の生体分子のフローに対して実質的に平行な方向における固有の構造的勾配を、少なくとも浸透層の部分において持つ反応的ヒドロゲル浸透層を有する生物工学デバイスが与えられる。
【０００８】
用語「生物工学デバイス」は、その最も広い意味において理解されたい。特に、この用語は、以下のデバイスの１つ又は複数を含む。
−流体サンプルにおける１つ又は複数の標的分子の検出のためデバイス。特に水溶液における生体分子の検出のためのデバイス。
−複合物の徐放、特に薬剤放出のためのデバイス。
−例えばＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）、ＱＰＣＲ（定量的ＰＣＲ）、ＲＴＰＣＲ（リアルタイムＰＣＲ）といった増幅反応を実行するためのデバイス。
−細胞の成長又は増殖を刺激するための例えば成長因子、サイトカイン等の分子を放出するデバイス、及び細胞の方へ栄養分をポンプ輸送する又は命令に応じて骨格の劣化を加速させるデバイスを含む、組織工学及び（幹）細胞療法のための人工的骨格。
【０００９】
本発明による「標的分子」「キャプチャ部位」「薬」だけでなく「生体分子」という用語は、最も広い意味において理解されたい。この用語は特に、標的及び信号増幅の両方を含む増幅反応の製品、精製されたゲノムＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の精製されたサンプル、生サンプル（細菌、ウイルス、ゲノムＤＮＡ等）、以下のものに限定されるものではないが、例えば核酸及び関連複合物（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド又はその類似体、ＰＣＲ製品、ゲノムＤＮＡ、細菌人工染色体、プラスミド等）のような生物分子化合物、タンパク質及び関連複合物（例えばポリペプチド、ペプチド、モノクローナル又はポリクローナル抗体、可溶性又はバウンドレセプタ、転写因子等）、抗原、配位子、ハプテン、炭水化物及び関連複合物（例えば多糖、オリゴ糖等）、例えば膜フラグメント、セルラオルガネラ、生菌、細菌、ウイルス、原生動物等のセルラ断片を含み及び／又は意味する。
【００１０】
斯かるデバイスを使用することにより、以下の利点の少なくとも１つ又は複数が、本発明における広範囲にわたる用途のため実現されることができる。
−ヒドロゲル浸透層の収縮／拡張処理をより詳細に制御することができるため、上述した「エンクロージャ」現象は、減らされることができるか、又はいくつかの用途においては完全に回避されることができる。
−デバイスのデザインは、よりコンパクトにされることができる。
−浸透層を介する流体のフローは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途に対して大幅に加速されることができる。
−分子／例えば薬といった薬剤の高速、効率的かつよく制御された放出。
−例えば洗浄といった有効な流体操作。
【００１１】
本発明の意味における用語「ヒドロゲル」は、少なくとも浸透層の一部が、水中で水により拡張されるネットワーク、及び／又は水溶性の高分子鎖のネットワークを形成する高分子を有することを特に意味する。好ましくは、ヒドロゲル浸透層は、拡張状態において、≧５０％の水及び／又は溶媒を有し、より好ましくは、≧７０％であり、最も好ましくは、≧９０％である。この場合、好適な溶媒は、有機溶剤、好ましくは有機極性溶剤を含み、最も好ましくは例えばエタノール、メタノール及び／又は（イソ）プロパノールといったアルカノールを含む。
【００１２】
本発明の意味において、「反応的である」という用語は、特定のパラメータの変化に応じて、形状及び全容積の変化を示すという態様で、ヒドロゲル浸透層が反応することを特に意味し及び／又は含む。斯かるパラメータは、物理的性質（温度、圧力）又は化学的性質（イオン濃度、ｐＨ、分析物濃度）又は生化学的性質（酵素活性）とすることができる。
【００１３】
「層の厚さ方向に」という用語は、固有の構造的勾配が、層の厚さの方向にだけ存在することを意味するものではない。これが、本発明の実施形態である場合もあるが、（後述される）本発明の更なる実施形態によれば、追加的な方向に固有の構造的勾配が存在するとすることもできる。
【００１４】
本発明のある実施形態によれば、デバイスは少なくとも１つの外部の刺激に対して反応的であるヒドロゲル浸透層を有する。この刺激に応じて、少なくとも所定の種の生体分子のフローが変更される。
【００１５】
用語「外部」は、例えばｐＨ又は温度における変化といったヒドロゲル浸透層の外側に与えられる及び／又は外側で起こる手段及び／又は刺激により引き起こされることを特に意味するが、しかしながら、当業者であれば、この手段及び／又は刺激が、例えばヒーターといったデバイス内部の作動手段から生じることができることは明らかであろう。
【００１６】
この刺激は、好ましくは物理刺激（温度、圧力、電圧、電流、電荷）、化学刺激（イオン濃度、ｐＨ、分析物濃度）又は生化学刺激（酵素活性、分析物の有無）を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
本発明のある実施形態によれば、デバイスは、少なくとも１つの支持構造体を有するヒドロゲル浸透層を有する。
【００１８】
本発明の意味における用語「支持構造体」は、下に位置する支持基板（平坦又は湾曲のいずれか、流体フローのため閉じた構造、又は浸透性で多孔質の膜若しくはメッシュ状構造）だけでなく、剛性又は弾性のバー、ワイヤ、壁といった層の一部としての支持構造体を意味し及び／又は含むが、これらに限定されるものではない。また、上記支持構造体は、区画、リザーバ、空腔又はチャネルを形成することができる。上記支持構造体は、あるグループから選択される剛性物質を有する。あるグループとは、ガラス、シリコン、金属、金属酸化物、高分子物質（ＰＶＣ、ポリイミド、ＰＣ、例えばＳＵ−８等の有機レジスト物質）を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル物質は、ポリアクリル（ポリメタクリル）物質、置換ビニル物質又はその混合物を有するグループから選択される物質を有する。
【００２０】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル物質は、少なくとも１つのアクリル（メタクリル）単量体及び少なくとも１つの多官能アクリル（メタクリル）単量体のポリメリゼーションから作られる、ポリアクリル（ポリメタクリル）物質を有する。
【００２１】
本発明のある実施形態によれば、アクリル（メタクリル）単量体は、アクリルアミド（メタクリルアミド）、ヒドロキシエチルアクリレート（メタクリレート）、エトキシエトキシエチルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有するグループから選択される。
【００２２】
本発明のある実施形態によれば、多官能アクリル（メタクリル）単量体は、ビスアクリル（メタクリル）及び／又はトリアクリル（メタクリル）及び／又はテトラアクリル（メタクリル）及び／又はペンタアクリル（メタクリル）単量体である。
【００２３】
本発明のある実施形態によれば、多官能アクリル（メタクリル）単量体は、ビスアクリルアミド（メタクリルアミド）、トリプロピレングリコールジアクリレート（メタクリレート）、ペンタエリスリトールトリアクリレート（メタクリレート）、ポリエチレングリコールジアクリレート（メタクリレート）、エトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート（メタクリレート）、ヘキサンジオールジアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有するグループから選択される。
【００２４】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル物質は、好ましくは、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルアクリレート（メタクリレート）アクリルアミド（メタクリルアミド）、エトキシエトキシエチルアクリレート（メタクリレート）又はその混合物を有するグループから選択される、中性の単量体のグループから選択される少なくとも１つの単量体と共に共重合される、好ましくは、アクリル（メタクリル）酸、アリールスルホン酸、特にスチレンスルホン酸、イタコン酸、クロトン酸、スルホンアミド又はそれらの混合物を有するグループから選択される陰イオンポリアクリル（メタクリル）物質、及び／又は好ましくは、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、アミノエチルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有するグループから選択される陽イオンポリアクリル（メタクリル）物質、又はそれらの混合物を有する。
【００２５】
広範囲にわたるこれらの共重合体が、ｐＨの関数として、並びに印加電場及び／又は電流に応答して、それらの形状を変化させることが知られている。従って、これらの物質は、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有用でありえる。
【００２６】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル物質は、好ましくはビニルカプロラクタム及び／又は置換ビニルカプロラクタムといった置換ビニル物質を有する。
【００２７】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル物質は、ヒドロキシエチルアクリレート（メタクリレート）、アクリル（メタクリル）酸、アクリルアミド、ポリエチレングリコールアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有する親水性単量体グループから選択される単量体を備え、Ｎ−イソプロピルアミド、ジエチルアクリルアミド、カルボキシイソプロピルアクリルアミド、ヒドロキシメチルプロピルメタクリルアミド、アクリロイルアルキルピペラジン及びその共重合体を有するグループから選択される熱反応的単量体に基づかれ、及び／又は（イソ）ブチルアクリレート（メタクリレート）、メタアクリル酸メチル、イソボルニルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有する疎水性単量体グループから選択される単量体と共に共重合される。これらの共重合体が、熱反応的であることが知られており、従って、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有用でありえる。
【００２８】
本発明のある実施形態によれば、特にＤＮＡ又は抗体のその場での「架橋」を実行するため、ヒドロゲル物質が、例えばアミン又は活性エステルといった反応的なサイドグループで官能化される。
【００２９】
本発明のある実施形態によれば、構造的勾配は、以下の特徴の少なくとも１つ又は複数における勾配を有することができる。その特徴とは、組成、濃度、有孔率、孔径、孔径分布、孔相互接続性、順序パラメータ、架橋密度、電荷密度、有極性、ｐＫａ、ＬＣＳＴ遷移温度、密度、浸透率である。
【００３０】
本発明による構造的勾配は、平衡状態において存在する（かつ測定可能な）点に留意されたい。即ち、運動効果によりもたらされる一時的な効果としてのみ存在するわけではない。しかしながら、上記構造的勾配は、１つ以上の状態又はこれらすべての状態においてというだけでなく、拡張状態において（だけ）、縮んだ状態において（だけ）、少なくとも部分的に拡張された中間状態において（だけ）存在することもできる。
【００３１】
上記構造的勾配は、最も広い意味において理解されるべきであり、実質的に線形勾配として、及び／又は非線形勾配として、及び／又は（１つ以上のステップを有する）実質的な階段状勾配として実現されることができる点に留意されたい。しかし、これらに限定されるものではない。
【００３２】
本発明のある実施形態によれば、デバイスは少なくとも１つのキャプチャ部位を有する。これにより、浸透層は少なくとも１つのキャプチャ部位に関連付けられる浸透層の領域において固有の構造的勾配を持つ。
【００３３】
本発明のある実施形態によれば、デバイスは少なくとも１つの薬剤放出部位を有する。これにより、浸透層は少なくとも１つの薬剤放出部位に関連付けられる浸透層の領域において固有の構造的勾配を持つ。
【００３４】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層が少なくとも１つの外部の刺激に対して反応的であり、この刺激に応じて、フローが実質的に上記勾配の方向にあるような態様で、少なくとも所定の種の生体分子のフローが変更される。
【００３５】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層が少なくとも１つの外部の刺激に対して反応的であり、この刺激に応じて、フローが実質的に上記ヒドロゲル浸透層の面に向かう方向にあるような態様で、少なくとも所定の種の生体分子のフローが変更される。
【００３６】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層が少なくとも１つの外部の刺激に対して反応的であり、この刺激に応じて、フローが実質的に上記ヒドロゲル浸透層の面から離れる（上記基板に向かう）方向にあるような態様で、少なくとも所定の種の生体分子のフローが変更される。
【００３７】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層の厚みは、＞１μｍかつ＜１ｍｍであり、より好ましくは、＞５μｍかつ＜５００μｍであり、最も好ましくは、＞１０μｍかつ＜２００μｍである。
【００３８】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配は架橋密度を含み、この架橋密度は浸透層の厚みにわたり係数≧１．５で変化する。これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有利であることが示された。
【００３９】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配は架橋密度を含み、この架橋密度は、浸透層の厚みにわたり係数≧２で、より好ましくは≧５で、最も好ましくは≧１０で変化する。
【００４０】
本発明のある実施形態によれば、浸透層は少なくとも１つの領域を有する。この領域において、架橋密度は１μｍにつき≧２０％、好ましくは１μｍにつき≧２５％で変化する。
【００４１】
本発明の意味において、用語「架橋密度」は、特に以下の定義を意味する又は含む。架橋密度δＸは、
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として規定される。ここで、Ｘは、多官能単量体のモル分率であり、Ｌは、直鎖（＝非多官能）形成単量体のモル分率である。線状高分子では、δＸ＝０であり、完全に架橋されたシステムでは、δＸ＝１が成り立つ。
【００４２】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配が有孔率を含み、ヒドロゲル浸透層の有孔率は、浸透層の厚みにわたり、係数≧１．２で変化する。これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有利であることが示された。
【００４３】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配が有孔率を含み、ヒドロゲル浸透層変化の有孔率は、浸透層の厚みにわたり、係数≧１．５、より好ましくは≧１．８、最も好ましくは≧２で変化する。
【００４４】
本発明のある実施形態によれば、浸透層は少なくとも１つの領域を有する。この領域において、有孔率は、１μｍにつき≧２０％、好ましくは１μｍにつき≧２５％で変化する。
【００４５】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配は、孔径、孔径分布及び浸透率を有するグループからの１つを含み、これらのパラメータの少なくとも１つは、浸透層の厚みにわたり係数≧１．５で変化する。本発明のある実施形態によれば、浸透層は少なくとも１つの領域を有する。この領域において、上記パラメータの少なくとも１つは、１μｍにつき≧２０％、好ましくは１μｍにつき≧２５％で変化する。これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有利であることが示された。
【００４６】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配が、孔径、孔径分布及び浸透率を有するグループからの１つを含み、これらのパラメータの少なくとも１つは、浸透層の厚みにわたり係数≧２、より好適には≧５、最も好適には≧１０で変化する。
【００４７】
本発明のある実施形態によれば、固有の構造的勾配が、勾配に沿って物質Ａの濃度が増加し一方物質Ｂの濃度が減少する、及び／又は勾配に沿って物質Ａの濃度が減少し一方物質Ｂの濃度が増加するという態様での組成の変化を含む。結果として、物質Ｂに対する物質Ａの割合又は比率はそれぞれ、上記勾配の方向において増加又は減少する。
【００４８】
物質Ａ及びＢにより、単量体、高分子、オリゴマ又は小分子が含まれる点に留意されたい。そのＡ及びＢが単量体である場合、勾配は単量体としてＡ及びＢを含む共重合体により実現されることができる。従って、本発明のある実施形態によれば、浸透層は単量体又はオリゴマＡ及びＢから構築される共重合体を有する。これにより、比率Ａ／Ｂは、勾配の方向で減少又は増加する。
【００４９】
本発明のある実施形態によれば、物質Ａ及び物質Ｂの濃度は、層の厚みにわたり係数≧１．２で変化する。これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって有利であることが示された。
【００５０】
本発明のある実施形態によれば、物質Ａ及び物質Ｂの濃度は、層の厚みにわたり、係数≧１．３で、より好適には≧１．５で、最も好適には≧２で変化する。本発明のある実施形態によれば、浸透層は少なくとも１つの領域を有する。この領域において、物質Ａ及び物質Ｂの上記濃度は、１μｍにつき≧１０％、好ましくは≧１５％で変化する。
【００５１】
本発明のある実施形態によれば、物質Ａは、ヒドロキシエチルアクリレート（メタクリレート）、アクリル（メタクリル）酸、アクリルアミド、ポリエチレングリコールアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有する親水性の単量体グループから選択される単量体を備え、Ｎイソプロピルアミド、ジエチルアクリルアミド、カルボキシイソプロピルアクリルアミド、ヒドロキシメチルプロピルメタクリルアミド、アクリロイルアルキルピペラジン及びその共重合体を有するグループから好ましくは選択される熱反応的単量体を有するグループから選択され、及び／又は（イソ）ブチルアクリレート（メタクリレート）、メタアクリル酸メチル、イソボルニルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有する疎水性の単量体グループから選択される単量体と共に共重合される。
【００５２】
本発明のある実施形態によれば、物質Ｂは、好ましくは、ヒドロキシメタクリル酸塩、メタクリル酸又はそれらの混合物を有するグループから選択される親水性の単量体と、好ましくは、（イソ）ブチルメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート又はそれらの混合物を有するグループから選択される疎水性の単量体とを有するグループから選択される。
【００５３】
好ましくは、ＡがＢとは異なる反応性を持つよう、単量体Ａ及びＢが選択される。
【００５４】
Ａが熱反応的単量体であり、Ｂが親水性の単量体である場合、本発明に含まれる多くの用途に対して、ＬＣＳＴにおける勾配を備えるヒドロゲル浸透層が容易に実現されることができ、かつ効果的であることが示された。
【００５５】
本発明のある実施形態によれば、物質Ａは、好ましくは、アクリル（メタクリル）酸、アリールスルホン酸、特にスチレンスルホン酸、イタコン酸、クロトン酸、スルホンアミド又はそれらの混合物を有するグループから選択される陰イオン単量体グループから選択される。
【００５６】
本発明のある実施形態によれば、物質Ｂは、好ましくは酢酸ビニル、ヒドロキシエチルアクリレート（メタクリレート）アクリルアミド（メタクリルアミド）、エトキシエトキシエチルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有するグループから選択される中性の単量体、好ましくはビニルピリジン、ビニルイミダゾール、アミノエチルアクリレート（メタクリレート）又はそれらの混合物を有するグループから選択される陽イオン単量体、又はそれらの混合物を有するグループから選択される。
【００５７】
好ましくは、ＡがＢとは異なる反応性を持つよう、単量体Ａ及びＢは選択される。
【００５８】
Ａが陰イオン単量体であり、Ｂが中性及び／又は陽イオン単量体である場合、本発明に含まれる多くの用途に対して、ｐＫａにおける勾配を備えるヒドロゲル浸透層が、容易に実現されることができ、効果的であることが示された。
【００５９】
本発明のある実施形態によれば、特に≧２２０ｎｍ及び≦４５０ｎｍの波長領域において、ヒドロゲル浸透層が、吸収勾配を有する。
【００６０】
好ましくは、この吸収勾配は光吸収物質の濃度における勾配により生じる。これにより、光吸収物質は、≧２００００、好ましくは≧２５０００の吸光度を持ち、≧２２０ｎｍ及び≦４５０ｎｍの間で、より好ましくは≧２８０ｎｍ及び≦４００ｎｍの間で、最も好ましくは≧３２０ｎｍ及び≦３６０ｎｍの間で最大を持つ。
【００６１】
好ましくは、フォト吸収物質は、アゾ化合物である。１つの適切な例は、例えば４，４ジ（メタクリロイルオキシヘキシロキシ）−３−メチルスチルベンである。
【００６２】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層は、ＬＣＳＴ（下限臨界溶解温度）における勾配を持ち、このＬＣＳＴが層の厚さにわたり≧１Ｋで変化する。これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途にとって実際的であることが証明された。
【００６３】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層は、ＬＣＳＴ（下限臨界溶解温度）における勾配を持ち、このＬＣＳＴが、層の厚さにわたり≧２Ｋで、より好適には≧５Ｋで、最も好適には≧１０Ｋで変化する。
【００６４】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層はｐＫａにおける勾配を持ち、ｐＫａにおける差は、層の厚さにわたり≧０．５である。特にＤＮＡ及び／又はペプチド及びタンパク質といった帯電生体分子が関係するとき、これは、本発明に含まれる広範囲にわたる用途において実際的であることが証明された。
【００６５】
本発明のある実施形態によれば、ヒドロゲル浸透層はｐＫａにおける勾配を持ち、ｐＫａにおける差は、層の厚さにわたり≧１、より好適には≧２、最も好適には≧３である。
【００６６】
本発明のある実施形態によれば、「低位側」にあるｐＫａは、≦７であり、好ましくは≦５であり、より好ましくは≦３である。本発明のある実施形態によれば、「高位側」にあるｐＫａは、≧７であり、好ましくは≧８であり、より好ましくは≧９であり、最も好ましくは≧１０である。
【００６７】
本発明は更に、本願明細書に記載されるデバイスにおいて使用するヒドロゲル浸透層を生み出す方法に関する。この方法は、
ａ）少なく２つの単量体物質であって、上記２つの単量体物質が異なる反応性を持つ、少なく２つの単量体物質と、ポリメリゼーションの間、強度勾配をもたらす少なくとも１つの紫外線吸収複合物とを与えるステップと、
ｂ）光重合を実行するステップとを有する。
【００６８】
ヒドロゲル浸透層を作るために使用される単量体間の反応性における差が原因で、１つの要素（Ａ）は、一番下ではなく層の最上部において急速に重合するだろう。結果として、少なくとも１つの要素が拡散される。上記拡散は、上向き、下向き、横向き又はすべての方向の組合せとすることができる。更に、要素（Ａ）の単量体は、より高速な重合が発生する上部領域の方へ拡散することができるが、要素（Ｂ）及び／又は非反応的な要素の単量体は、下に拡散する。しかし、要素（Ａ）から形成される単量体若しくは高分子が下に拡散し、並びに／又は、要素（Ｂ）及び／若しくは非反応的な要素の単量体が上方に拡散することが発生する可能性もある。結果として、固有の構造的勾配をもたらす濃度勾配が形成されるだろう。
【００６９】
本発明は更に、本願明細書に記載されるデバイスにおいて使用するヒドロゲル浸透層を生み出す方法に関する。この方法は、
ａ）少なく２つの単量体物質であって、上記２つの単量体物質が異なる拡散定数を持つ、少なく２つの単量体物質を与えるステップと、
ｂ）少なくとも１つ単量体物質を勾配の方向に拡散させるステップと、
ｃ）重合を実行するステップとを有する。
【００７０】
本発明は更に、本願明細書に記載されるデバイスにおいて使用するヒドロゲル浸透層を生み出す方法に関する。この方法は、
ａ）少なく２つの単量体物質であって、上記２つの単量体物質が異なるサイズを持つ、少なく２つの単量体物質と、ポリメリゼーションの間、強度勾配をもたらす少なくとも１つの紫外線吸収複合物とを与えるステップと、
ｂ）光重合を実行するステップとを有する。
【００７１】
単量体物質の異なるサイズが原因で、それらの拡散速度は異なることになる。こうして、より小さな分子が、上方に高速に拡散することができる。これは、その後最終的に固有の構造的勾配をもたらす局所的に増加された濃度を生じさせる。
【００７２】
本発明によるデバイスは、広い種類のシステム及び／又は用途において有用でありえる。それらのシステム及び／又は用途は、以下の１つ又は複数を含む。
−分子診断法のために使用されるバイオセンサ。
−血液又は唾液といった複雑な生物学的混合物におけるタンパク質及び核酸の高速かつ感度の良い検出。
−化学、医薬又は分子生物学に関する高スループットのスクリーニングデバイス。
−犯罪学におけるＤＮＡ若しくはタンパク質のため、（病院における）オンサイト検査のため、又は中央化された研究室若しくは科学研究における診断のための試験デバイス。
−心臓学と、感染症及び腫瘍学と、食品と、環境診断とに関するＤＮＡ又はタンパク質診断のためのツール。
−コンビナトリアル化学のためツール。
−解析デバイス。
−医療用途のための薬物送達デバイス。
−流体サンプルにおける１つ又は複数の標的分子の検出のためデバイス。特に水溶液における生体分子の検出のためデバイス。
−複合物の徐放のための、特に薬剤放出のためのデバイス。
−例えばＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）、ＱＰＣＲ（定量的ＰＣＲ）、ＲＴＰＣＲ（リアルタイムＰＣＲ）といった増幅反応を実行するためのデバイス。
−細胞の成長又は増殖を刺激するための例えば成長因子、サイトカイン等の分子を放出するデバイス、及び細胞の方へ栄養分をポンプ輸送する又は命令に応じて骨格の劣化を加速させるデバイスを含む、組織工学及び（幹）細胞療法のための人工的骨格。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】層の厚さ方向にだけ固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層を備える、本発明の第１の実施形態によるデバイスを示す非常に概略的な断面部分投影表示を示す図である。
【図２】浸透層の縮小後の、図１のデバイスを示す図である。
【図３】キャプチャ部位に関連付けられる固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層を備える、本発明の第２の実施形態によるデバイスを示す非常に概略的な断面部分投影表示を示す図である。
【図４】キャプチャ部位に関連付けられる固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層を備える、本発明の第３の実施形態によるデバイスの非常に概略的な部分的な平面表示を示す図である。
【図５】予め選択された生体分子のフローの方向に固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層を備える、本発明の第１の実施形態によるデバイスを示す非常に概略的な断面部分投影表示を示す図である。
【図６】外部の刺激の印加後の、図５のデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
請求項に記載の要素及び記載される実施形態において本発明に基づき使用される要素だけでなく、上述した要素は、そのサイズ、形状、物質選択及び技術的な概念に関して何らの特別な例外に支配されるものではない。その結果、関連する分野において知られている選択基準が制限なしに適用されることができる。
【００７５】
本発明の目的の追加的な詳細、特徴、特性及び利点は、従属請求項、図面及び個別の図面及び例に関する以下の説明において開示される。これらは、例示的な態様で本発明に記載のデバイスの複数の好ましい実施形態を示す。
【００７６】
図１は、層の厚さ方向にだけ固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層１０を備える、本発明の第１の実施形態によるデバイス１を示す非常に概略的な断面部分投影図を示す。このデバイスは、基板材料５０を具備する複数のキャプチャ部位２０（異なる実施形態によれば、これらは、薬剤放出部位とすることもできる）を更に有する。
【００７７】
いくつかが１０ａ〜ｄで参照される点線により示されるように、層の厚さの方向に（本実施形態において架橋密度の）構造的勾配が与えられる。ライン毎に、架橋結合密度は５％ずつ増加する。その結果、ライン１０ｂでの架橋密度は１０ａでのより５％高く、ライン１０ｃでの架橋密度はライン１０ｂでのより５％高い等となる。
【００７８】
図２は、浸透層の縮小後のデバイスを示す。キャプチャ部位から「離れる」につれ架橋密度が減少するという事実により、「エンクロージャ」又は「シックスキン」現象は、大幅に回避されることができるか、又は完全に排除されることができる。
【００７９】
図１及び図２により示されるように、縮小／拡張処理は周期的に実行されることができる（即ち、後続して複数回拡張及び縮小が実行される）点に留意されたい。これは、「ポンピング」が関係するときしばしば発生する泡成形を防止するのに役立つ、本発明における多くの用途に対して有利であることが示された。特に例えば、空気との接触が検出又は増幅の化学作用を乱すことがありえる場合に役立つ。
【００８０】
図３は、キャプチャ部位２０に関連付けられる固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層１０を備える、本発明の第２の実施形態によるデバイス１'を示す非常に概略的な断面部分投影図を示す。別の実施形態（図示省略）において、キャプチャ部位は、薬物送達部位により置き換えられることができる。
【００８１】
すべての図面において、分かりやすさ及び可読性のため、（本質的に）同じ要素及び／又は物質は、同じ番号で参照される。
【００８２】
本実施形態においても、架橋密度は、ライン１０ａから１０ｂまで５％ずつ増加され、その他も同様である（明快さのため、最初の３つのニボー像だけが図示され、最初の２つだけが番号付けされる）。
【００８３】
勾配がキャプチャ部位２０の方へ放射状に増加されるという点で、図３の実施形態は図１及び図２の実施形態と異なる。これは、広範な用途に対して、供給及び／又は洗浄ステップの有効性を更に増加させることを可能にする。
【００８４】
図４は、キャプチャ部位２０に関連付けられる固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層１０を備える、本発明の第３の実施形態によるデバイス１''の非常に概略的な部分的な平面図を示す。構造的勾配が「３Ｄ放射状に」与えられるのではなく、勾配が、（図４にける紙平面に対して垂直な）層の厚さ方向に一様であり、キャプチャ部位２０から「２Ｄ放射状に」延在する点で、この実施形態は図３と異なる。
【００８５】
図５は、予め選択された生体分子のフローの方向に固有の構造的勾配を持つヒドロゲル浸透層を備える、本発明の第１の実施形態によるデバイス１'''を示す非常に概略的な断面部分投影図を示す。図５における点線から分かるように、勾配は、図１の勾配に対してほぼ「９０℃」である。
【００８６】
勾配は、中央から左右へと延在する。即ち、中央において、架橋密度が最も高く、点線毎に５％ずつ減少する。
【００８７】
図６は、外部の刺激の印加後の、図５のデバイスを示す。この刺激により、ヒドロゲル浸透層が、架橋結合密度に基づき縮小される。図６から分かるように、層は最初中央部において縮小するだろう。なぜなら、中央部の密度が最も高いからである。一方、左右の部分はあまり縮小しないか、又は本出願によれば影響を受けないとすることができる。
【００８８】
上記の詳細な実施形態における特定の要素及び特徴の組み合わせは、例示的なものであるにすぎない。本出願における他の教示、及び参照により含まれる特許／出願における他の教示を、これらの教示と交換すること及び代入することも、明白に想定される。当業者であれば理解されるであろうが、請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変形、修正及び本願明細書に記載される以外の他の実現を第三者が思いつくことができるであろう。従って、前述の説明は、例示に過ぎないものであり、限定として意図されるものではない。本発明の範囲は、以下の請求項及びその均等の範囲において規定される。更に、明細書及び請求項において使用される参照符号は、請求項に記載される本発明の範囲を限定するものではない。
【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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【国際調査報告】
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