(57)【要約】本発明は、表面原子移動ラジカル重合（ＳＡＴＲＰ）を用いて、基材のモイエティ受容表面上にポリエチレングリコールアルキルアクリレート（ＰＥＧＡＡ）薄膜を成長させるための方法に関する。また本発明は、特定の表面官能性と、約０．５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の厚さと、表面被覆率が０．１〜１００％の範囲のＰＥＧＡＡ鎖密度とを有するＰＥＧＡＡ薄膜を製造するための方法に関する。本発明は更に、生体分子および細胞の付着に耐性である、かかる薄膜で被覆された物品と、被覆物品の使用とに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
モイエティ（ｍｏｉｅｔｙ）受容表面を有する基材上にポリエチレングリコールアルキルアクリレート（ＰＥＧＡＡ）膜を成長させるための方法であって、
（ａ）
【化１】
2006523128.tif 000022
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ４はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ５はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、
【化２】
2006523128.tif 000023
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ６およびＲ７はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ８はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ９はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
ｉｉｉ）これらの混合物
よりなる群から選択される少なくとも１種の開始剤分子を、基材のモイエティ受容表面と接触させて、開始剤被覆基材を形成せしめ、そして
（ｂ）開始剤被覆基材を、一般式：
【化３】
2006523128.tif 000024
［式中、
ｎは１〜１００の整数であり、
Ｒ１０およびＲ１１はそれぞれ独立してＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０のアルキルである］を有する、溶液中の少なくとも１種のポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーと更に接触させる、
ことを含んでなり、更に、ポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーを含有する溶液に、少なくとも１種の触媒および場合により少なくとも１種のリガンドを添加する方法。
【請求項２】
基材のモイエティ受容表面を、ステップ（ａ）において少なくとも１種のスペーサー分子と更に接触させ、ここで該スペーサー分子が、
（ｉ）以下の一般式：
【化４】
2006523128.tif 000025
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
【化５】
2006523128.tif 000026
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ４およびＲ５はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］
を有するアルキル鎖、
（ｉｉ）以下の一般式：
【化６】
2006523128.tif 000027
［式中、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］
を有するフェニルおよびフェニル誘導体、または
（ｉｉｉ）以下の一般式：
【化７】
2006523128.tif 000028
［式中、
ｍは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ３はフェニル、ＯＨ、ＮＨ２、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
ＸはＯ、ＣＯＯ、またはＣＯＮＨである］
を有するアルキル鎖および官能基の混合物
の少なくとも１種を含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スペーサー分子がｎ−プロピルトリエトキシシランである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
開始剤対スペーサー分子の比が約９５：５モル％〜１：９９モル％の範囲である請求項２に記載の方法。
【請求項５】
開始剤分子が２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）である請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項６】
ポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーがポリエチレングリコールメタクリレートである請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項７】
基材がガラス、金属酸化物、シリコン、編織布、石英、ジルコニアおよび高分子樹脂よりなる群から選択される請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項８】
基材の表面上に成長せしめられたポリエチレングリコールアルキルアクリレート膜が約０．５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
基材の表面上に成長せしめられたポリエチレングリコールアルキルアクリレート膜が約０．１％〜約１００％の範囲のポリエチレングリコールアルキルアクリレートポリマー鎖密度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基材を少なくとも１種の開始剤分子で被覆した後、該基材をベーキングすることを更に含んでなり、その際、該基材を、３０分〜１０時間の範囲の時間の間、１００℃〜１８０℃の範囲の温度でオーブン中でベーキングする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーを含有する溶液に、極性溶媒を添加する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
極性溶媒が水である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ａ）を、溶媒の存在下で実施する請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
該溶媒が水、炭化水素、エーテル、ハロゲン化炭化水素、ケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アルコール、ニトリル、エステル、カーボネート、無機溶媒、およびこれらの混合物よりなる群から選択される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
リガンドが２，２’−ビピリジル、１，１０−フェナントロリン、アルキルアミン、ポリアミン、およびトリアルコキシアルミニウムよりなる群から選択される請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
触媒が塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、酢酸第一銅（ｃｕｐｒｏｕｓ  ａｃｅｔａｔｅ）、過塩素酸第一銅（ｃｕｐｒｏｕｓ  ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）、２価のルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体（ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３）、および２価の鉄のトリストリフェニルホスフィン錯体（ＦｅＣｌ２（ＰＰｈ３）３）よりなる群から選択される請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）
【化８】
2006523128.tif 000029
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ４はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ５はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、
【化９】
2006523128.tif 000030
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ６およびＲ７はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ８はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ９はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
ｉｉｉ）これらの混合物
よりなる群から選択される少なくとも１種の開始剤分子と、
（ｂ）一般式：
【化１０】
2006523128.tif 000031
［式中、
ｎは１〜１００の整数であり、
Ｒ１０およびＲ１１はそれぞれ独立してＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０のアルキルである］
を有する少なくとも１種のポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマー
を含んでなる高分子組成物が上に付着している生物学的に耐性のデバイス。
【請求項１８】
高分子組成物の開始剤分子が２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）である請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
高分子組成物のポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーがポリエチレングリコールメタクリレートである請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
高分子組成物が、場合により、
（ｉ）以下の一般式：
【化１１】
2006523128.tif 000032
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
【化１２】
2006523128.tif 000033
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ４およびＲ５はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］
を有するアルキル鎖、
（ｉｉ）以下の一般式：
【化１３】
2006523128.tif 000034
［式中、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］
を有するフェニルおよびフェニル誘導体、または
（ｉｉｉ）以下の一般式：
【化１４】
2006523128.tif 000035
［式中、
ｍは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ３はフェニル、ＯＨ、ＮＨ２、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
ＸはＯ、ＣＯＯ、またはＣＯＮＨである］
を有するアルキル鎖および官能基の混合物
の少なくとも１種を含んでなるスペーサー分子を更に含んでなる請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
高分子組成物のスペーサー分子がｎ−プロピルトリエトキシシランである請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
高分子組成物が約１：９９〜約９９：１の範囲の開始剤対スペーサー分子の比を有する請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
請求項１または請求項２に記載の方法に従って被覆された基材。
【請求項２４】
該基材がガラス、金属酸化物、シリコン、編織布、多孔質基材、石英、他の無機材料で補強された高分子基材、ジルコニアおよび高分子樹脂よりなる群から選択される請求項２３に記載の基材。
【請求項２５】
基材のモイエティ受容表面が約０．１％〜約１００％の範囲のポリエチレングリコールアルキルアクリレート鎖密度を有する請求項２３に記載の基材。
【請求項２６】
生物医学的な移植デバイス、生物医学的なマイクロデバイス、メンブラン関連器具、人工補装具、整形外科用の移植可能なデバイス、バイオセンサー、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）基質、医療用デバイス、パターン化細胞培養システム、組織工学用材料、微小流体および分析システム用材料、薬物送達デバイス、高処理スクリーニングシステム、食品包装用材料、衛生用製品、または電子材料を含んでなる請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２７】
生物医学的な移植デバイス、生物医学的なマイクロデバイス、メンブラン関連器具、人工補装具、整形外科用の移植可能なデバイス、バイオセンサー、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）基質、医療用デバイス、パターン化細胞培養システム、組織工学用材料、微小流体および分析システム用材料、薬物送達デバイス、高処理スクリーニングシステム、食品包装用材料、衛生用製品、または電子材料を含んでなる請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２８】
ヒドロキシル化表面を有する基材上にポリエチレングリコールメタクリレート膜を成長させるための方法であって、
（ａ）場合によりｎ−プロピルトリエトキシシランと混合された２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）を、トルエンの存在下で、基材のヒドロキシル化表面と接触させ、そして次に、
（ｂ）基材の表面を、ビピリジル、塩化第一銅および塩化第二銅を含有する水溶液中のポリエチレングリコールメタクリレートと更に接触させる、
ことを含んでなる方法。
【請求項２９】
該基材が、生物医学的な移植デバイス、生物医学的なマイクロデバイス、メンブラン関連器具、人工補装具、整形外科用の移植可能なデバイス、バイオセンサー、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）基質、医療用デバイス、パターン化細胞培養システム、組織工学用材料、微小流体および分析システム用材料、薬物送達デバイス、高処理スクリーニングシステム、食品包装用材料、衛生用製品、または電子材料を含んでなる請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面原子移動ラジカル重合（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｔｏｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）（ＳＡＴＲＰ）を用いて、基材のモイエティ（ｍｏｉｅｔｙ）受容表面上に、ポリエチレングリコールアルキルアクリレート（ＰＥＧＡＡ）薄膜を成長させるための方法に関する。また本発明は、特定の表面官能性と、約０．５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の厚さと、表面被覆率が０．１〜１００％の範囲のＰＥＧＡＡ鎖密度とを有するＰＥＧＡＡ薄膜を製造するための方法に関する。本発明は更に、生体分子および細胞の付着に耐性である、前記薄膜で被覆された物品と、該被覆物品の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、表面へのバクテリアの付着は、（ｉ）生理特異性／選択的な相互作用、例えば、炭水化物−タンパク質またはタンパク質−タンパク質相互作用と、（ｉｉ）非特異性相互作用、例えば、疎水性または静電的相互作用との２つのメカニズムにより生じる。（非特許文献１）。バクテリアおよび細胞は、一般に、ホストの表面に吸着されたタンパク質および／または多糖類に付着することによって、ホストの表面に付着する。これらのタンパク質および／または多糖類はホスト中に既に存在するか、あるいは病原体により分泌されるかのいずれかである。バクテリアまたは細胞がタンパク質および／または多糖類を介してホストの表面に付着すると、バクテリアは成長し始める。結果として、バクテリアおよび細胞は、通常、最初にタンパク質層がそこに吸着されない限りはホストの表面に付着することができない。従って、ホストの表面がタンパク質の吸着に耐性であり得れば、かなりの程度のバクテリア、細胞および／または病原体のホスト表面への付着が防止されるであろう。
【０００３】
タンパク質の吸着に対する表面の耐性は、通常、表面がバクテリアおよび細胞の付着に対して耐性であることを暗示する。バクテリアおよび細胞がホスト表面に付着して成長する方法は、「バイオ−ファウリング」として知られている。バイオ−ファウリングに耐性であり得る表面は、一般に「不活性」表面として知られている。生体適合性の理由から、不活性表面は、多くの用途において有利である。例えば、不活性表面は、（１）静脈内カテーテル、血管移植片、心臓弁移植片、およびその他の軟部組織の移植片などの移植デバイスの表面に吸着されたプラズマ−タンパク質によって生じる血栓症の発生、ならびに（２）コンタクトレンズなどの外部医療用デバイスに吸着されたタンパク質および／または付着されたバクテリアによって生じる刺激作用の発生が、完全に排除されるか、あるいは少なくともかなり低減されることを可能にする。また不活性表面は、食品包装材料上におけるバクテリアの有害な増加および「ハードファウリング（ｈａｒｄ  ｆｏｕｌｉｎｇ）」、または船体上におけるバーナクル（ｂａｒｎａｃｌｅ）およびゴルゴニアン（ｇｏｒｇｏｎｉａｎ）の増加を防止するのにも役立つことができる（非特許文献１）。
【０００４】
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、タンパク質が生物医学的デバイスの表面に付着するのを防止するために広く使用されている少なくとも１つの材料である。通常、ＰＥＧは、高分子コモノマーを、デバイスの製造に使用される材料の表面にグラフトさせるか、あるいはデバイス自体の表面に施されるコーティング中に取り込むかのいずれかで利用される。ＰＥＧ被覆表面の耐性は、グラフトされたＰＥＧ膜の密度および鎖長が増大するにつれて増大され得る。しかしながら、ＰＥＧは、特に、ほとんどの生化学関連溶液中に存在するＯ２および遷移金属にさらされた場合に、自己酸化を起こしやすい。そのため、ＰＥＧ被覆基材は、いくつかの用途では最終的には細胞が基材表面に付着できるようになる。（非特許文献２）。
【０００５】
ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）は、タンパク質の吸着の防止においてうまく使用されているもう１つの材料である。ＰＥＯは、基材の表面に被覆、グラフトまたは吸着されることによって、タンパク質の吸着を防止する。（非特許文献３）。しかしながら、ＰＥＯコーティング／層に必要とされる厚さは、ナノメートルの厚さが要求される用途、例えば生物医学的なマイクロデバイスの分野では、その有用性を制限する。
【０００６】
タンパク質の吸着に耐性である不活性表面の生成では、様々なポリマーの自己構築単分子層（ＳＡＭ）が使用されている。例えば、３〜６個の繰返し単位を有する高密度短鎖エチレングリコールオリゴマーで被覆された表面は、タンパク質の吸着を防止するために使用されている。（非特許文献２）。更に、高分子薄膜が共有結合されたＳＡＭは、タンパク質の吸着に耐性であることに成功している。しかしながら、５ｎｍよりも大きい膜厚を有するＳＡＭを生成するのは非常に困難である。
【０００７】
非特許文献４は、金基材上に自己構築された（ＢｒＣ（ＣＨ３）２ＣＯＯ（ＣＨ２）１０Ｓ）２の単分子層上にポリマーブラシを成長させるために、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）の使用について記載している。ポリマーブラシは、ブラシの下側にある金基材内にパターンが転写されるのを可能にする金のウェットケミカルエッチング液に対するバリアの役割を果たす。
【０００８】
非特許文献５は、タンパク質およびバクテリア耐性表面を生成するために、グラフティングの使用について記載している。この方法では、多数のアミノ基を有するポリマー層を生成するために、ポリアミンと、ＳＡＭ中に含有される無水カルボン酸基とが反応させられ、これは次にアクリル化されてタンパク質およびバクテリア耐性の官能基が導入される。
【０００９】
本発明とは違って、チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）らにより用いられる方法は、基材の表面に付着される膜の厚さまたはポリマー鎖密度のいずれも、かなりの程度の正確さで制御されるようにできない。本発明の方法により生成される膜構造は図５ａに示され、チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）らに従う方法によって生成される膜構造は、図５ｂに示される。図５ａに示されるように、本発明ポリマー鎖は、互いに絡み合っていない。本発明に従って形成される膜は、単一のモノマーの添加を含む方法により成長されるので、このような結果は予期されるはずである。対照的に、図５ｂに示されるように、チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）らの自己構築技法に従って付着されるポリマー鎖は、互いに絡み合っている。チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）らの自己構築技法は、ポリマー鎖をランダムなコイル状構造で付着させるので、このような結果も予期されるはずである。結果として、本発明は、ポリマー鎖の長さか、あるいはポリマーの繰返し単位が誘導されるモノマーの分子量および濃度のいずれかを調整することによって、膜の厚さを決定できるようにする。この方法は、更に、ポリマー鎖を成長／重合させる時間の長さによって、膜厚を制御できるようにする。
【００１０】
（非特許文献６）は、マイクロリソグラフィ用途のためのエッチングバリヤの調製方法について記載している。この方法は、２つの異なる自己構築単分子層と併せて原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を使用して、開始剤が被覆されたシリコン表面上に、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）およびポリ（アクリルアミド）（ＰＡＡＭ）ホモポリマーブラシを成長させることを含む。
【００１１】
タンパク質および生体細胞の吸着に耐性である表面を生成するように、その他のポリマーが基材上で単分子層に構築されているが、本発明は、開始剤分子、および場合によりスペーサー分子を含んでなるＳＡＭ上に、ＳＡＴＲＰ方法によって、段階的および制御された形で成長され得る新しい表面材料、すなわちＰＥＧＡＡモノマーを開示する。この方法を用いることによって、任意の形状を有する基材のモイエティ受容表面上に、所望の厚さを有する高分子ＰＥＧＡＡ膜を容易に成長させることができる。また本発明に従う方法は、特定の厚さまたはポリマー鎖密度を有する高分子ＰＥＧＡＡ膜が、モイエティ受容基材表面上に効率的かつ正確に付着されるのを可能にし、指定される厚さは、約０．５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲内であり、指定されるポリマー鎖密度は、約０．１〜約１００％の範囲内である。
【００１２】
【非特許文献１】チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１２２５、１２２６、第１７巻、第４号（２００１）
【非特許文献２】オスツニ（Ｏｓｔｕｎｉ）ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、５６０５、５６０６、第１７巻、第１８号（２００１）
【非特許文献３】Ｍ．チャン（Ｚｈａｎｇ）ら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ、１９９８、１９、９５３−９６０
【非特許文献４】シャー（Ｓｈａｈ）ら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２０００、３３、５９７−６０５（２０００）
【非特許文献５】チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１２２５−１２３３、第１７巻、第４号（２００１）
【非特許文献６】コング（Ｋｏｎｇ）ら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、３４、１８３７−１８４４（２０００）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、モイエティ受容表面を有する基材上にＰＥＧＡＡ膜を成長させるための第１の方法に関し、該方法は、
（ａ）
【００１４】
【化１】
2006523128.tif 000002
【００１５】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ４はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ５はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、
【００１６】
【化２】
2006523128.tif 000003
【００１７】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ６およびＲ７はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ８はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ９はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
ｉｉｉ）これらの混合物
よりなる群から選択される少なくとも１種の開始剤分子を、基材のモイエティ受容表面と接触させて、開始剤被覆基材を形成せしめ、そして
（ｂ）開始剤被覆基材を、一般式：
【００１８】
【化３】
2006523128.tif 000004
【００１９】
［式中、
ｎは１〜１００の整数であり、
Ｒ１０およびＲ１１はそれぞれ独立してＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０のアルキルである］を有する、溶液中の少なくとも１種のポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーと更に接触させる、
ことを含んでなり、更に、ポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーを含有する溶液に、少なくとも１種の触媒および場合により少なくとも１種のリガンドを添加する。
【００２０】
また本発明は、ポリエチレングリコールアルキルアクリレート膜を基板上に成長させるための第２の方法に関し、該方法では、第１の方法のステップ（ａ）において、更に、基材のモイエティ受容表面をスペーサー分子と接触させることを含む。
【００２１】
また本発明は、ポリエチレングリコールアクリレート膜を成長させる第１または第２の方法のいずれかに従って被覆されたモイエティ受容表面を有する基材に関する。
【００２２】
本発明は更に、
（ａ）
【００２３】
【化４】
2006523128.tif 000005
【００２４】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ４はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ５はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、
【００２５】
【化５】
2006523128.tif 000006
【００２６】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、Ｒ６およびＲ７はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ８はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ９はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
ｉｉｉ）これらの混合物
よりなる群から選択される少なくとも１種の開始剤分子と、
（ｂ）一般式：
【００２７】
【化６】
2006523128.tif 000007
【００２８】
［式中、
ｎは１〜１００の整数であり、
Ｒ１０およびＲ１１はそれぞれ独立してＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０のアルキルである］
を有する少なくとも１種のポリエチレングリコールアルキルアクリレートモノマーと
を含んでなる第１の高分子組成物が上に付着している生物学的に耐性のデバイスに関する。
【００２９】
また本発明は、第１の高分子組成物が更にスペーサー分子を含んでなる生物学的に耐性のデバイスに関する。
【００３０】
また本発明は、生物医学的な移植デバイス、例えば眼内レンズ、生物医学的なマイクロデバイス、メンブラン関連器具、人工補装具、バイオセンサー、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）基質、医療用デバイス、例えばコンタクトレンズ、ステント、カテーテル、パターン化細胞培養システム、組織工学用材料、微小流体および分析システム用材料、薬物送達デバイス、タンパク質または細胞を使用する高処理スクリーニングシステム、ならびに食品包装用材料を含むがこれらに限定されない様々な用途において、不活性表面を生成することに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
「成長する」という用語、および「成長される」または「成長している」などのその任意の変化形は、本明細書では、「重合する」という用語が一般に使用されるのと同じように使用される。より正確には、成長するという用語は、２つ以上の小さい分子（モノマー）が結合されて、より大きくてより長い分子（ポリマー、巨大分子）を形成する化学反応を説明し、このより大きくてより長い分子は、元の分子の繰返し構造単位を含有すると共に、小さい分子が同一組成を有する場合には、小さい分子と同じ割合の組成を有する。
【００３２】
本発明の方法は、生物医学的な移植デバイス、例えば、眼内レンズ、生物医学的なマイクロデバイス、メンブラン関連器具、人工補装具、整形外科用の移植可能なデバイス、バイオセンサー、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）基質、医療用デバイス、例えばコンタクトレンズ、ステント、およびカテーテル、パターン化細胞培養システム、組織工学用材料、微小流体および分析システム用材料、薬物送達デバイス、タンパク質または細胞を使用する高処理スクリーニングシステム、食品包装用材料、衛生用製品、ならびに電子材料、例えば電気絶縁層を含むがこれらに限定されない多くの商業用途において有用な、タンパク質および生体細胞に耐性の表面を生成するために、ＳＡＴＲＰ方法を用いて基材のモイエティ受容表面上にＰＥＧＡＡ薄膜を成長させる。
【００３３】
本発明で用いられるＳＡＴＲＰ方法は、参照によって本明細書に援用されるコーセンズ（Ｃｏｅｓｓｅｎｓ）らのＰｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、２６（２００１）３３７−３７７の「原子移動ラジカル重合による官能性ポリマー（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｂｙ  Ａｔｏｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」に概略的に説明されている。特に、本発明は、基材表面を少なくとも１種の開始剤分子と接触させ、次に少なくとも１種の触媒および場合により少なくとも１種のリガンドの存在下で、基材の表面を溶液中のＰＥＧＡＡモノマーと更に接触させることによって、基材のモイエティ受容表面上にＰＥＧＡＡ薄膜を成長させることを含む。場合により、基材のモイエティ受容表面を、初めに、開始剤およびスペーサー分子の混合物と接触させ、次に少なくとも１種の触媒および場合により少なくとも１種のリガンドの存在下で、溶液中のＰＥＧＡＡモノマーと更に接触される。
【００３４】
本発明のＰＥＧＡＡ薄膜を成長させることができる基材表面には、少なくとも１つのモイエティを受け取ることができる表面を有する任意の基材が含まれる。このような基材の例としては、ガラス、金属酸化物、シリコン、編織布、多孔質基材、石英、他の無機材料で補強された高分子基材、ジルコニアおよび高分子樹脂があるが、これらに限定されない。また基材は、正方形、丸く平坦なチップ、または球形などの任意の所望のサイズまたは形状をとることができる。
【００３５】
当該技術分野で一般に知られているように、基材の表面は、例えば、ヒドロキシル基、チオール基、カルボキシル基、またはこれらの混合物などのモイエティ受容基を含有し得る。これらのモイエティ受容基の密度は、使用されている基材のタイプと、基材の表面を化学薬品にさらすことを含む任意の調製ステップとの関数である。例えば、酸を含む方法などの既知の技法を用いて基材の表面を清浄にし、親水性の状態にしておくことができる。またモイエティ受容基は、化学薬品、コロナ放電、プラズマ処理などにさらすことによって、基材の表面に導入され得る。例えば、ピラニア溶液を使用してシリコン基材の表面をヒドロキシル化することができる。いくつかの基材は、基材が本来備えているその表面上に、利用可能なモイエティ受容基を有することができる。
【００３６】
一般に、本発明に従って使用することができる開始剤分子は、次式：
【００３７】
【化７】
2006523128.tif 000008
【００３８】
［式中、Ｒ１はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ２はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ３はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ４はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ５はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、ｎは１〜５０の整数である］と、
【００３９】
【化８】
2006523128.tif 000009
【００４０】
［式中、Ｒ６はＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ７はＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ８はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、Ｒ９はＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、ｎは１〜５０の整数である］とを有するものを含むが、これらに限定されない。
【００４１】
しかしながら、好ましい開始剤分子は、２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）であり、以下の反応スキームに従って、ヒドロキシル化基材の表面上に構築するために調製することができる。まず、式（Ｉ）の１，２−ジブロモ，２−メチルプロパン酸を、式（ＩＩ）の５−ヘキセン−１−オールと反応させて、式（ＩＩＩ）の中間化合物ペンタ−４’−エニル−２−ブロモ−２−メチルプロピオナートを生成する。
【００４２】
【化９】
2006523128.tif 000010
【００４３】
次に、少なくとも１種の触媒および場合により少なくとも１種の溶媒の存在下で、式ＩＩＩの中間化合物を、本明細書中で以下に示されるように、式（ＩＶ）のトリエトキシシランと反応させて、式（Ｖ）の開始剤２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）を生成する。
【００４４】
開始剤分子の合成において場合により使用される溶媒には、アルコール、アセトン、およびメタノールなどの極性溶媒と、乾燥有機溶媒、例えばトルエン、ヘキセン、およびヘプタンなどの非極性溶媒とが含まれる。しかしながら、好ましくは、非極性溶媒が使用される。
【００４５】
【化１０】
2006523128.tif 000011
【００４６】
図１に更に説明されるように、式（Ｖ）の開始剤分子は、次に、基材のヒドロキシル化表面に、単分子層として構築される。しかしながら、当業者は、例えば、チオールまたはカルボキシル基が付いた基材表面などのその他のモイエティ受容基材表面への開始剤分子の構築に適応させるために、この反応スキームをどのように変更するか分かるであろう。また当業者は、これは、本発明の方法において有用な開始剤分子を調製するために利用可能な多くの方法の１つに過ぎないことも認識するであろう。
【００４７】
開始剤分子は、様々に容易に利用可能な溶媒の存在または不在下で、基材のモイエティ受容表面上に、単分子層として構築され得る。例えば蒸着など、基材の表面上に開始剤分子を構築するためのその他の方法は、当業者にはよく知られている。
【００４８】
場合により使用され得る溶媒の種類は特に制限されず、以下の例、水と、トルエンおよびベンゼンなどの炭化水素溶媒と、ジエチルエーテルおよびテトラヒドロフランなどのエーテル溶媒と、塩化メチレンおよびクロロホルムなどのハロゲン化炭化水素溶媒と、アセトン、メチルエチルケトン、およびメチルイソブチルケトンなどのケトン溶媒と、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブチルアルコールおよびｔｅｒｔ−ブチルアルコールなどのアルコール溶媒と、アセトニトリル、プロピオニトリルおよびベンゾニトリルなどのニトリル溶媒と、酢酸エチルおよび酢酸ブチルなどのエステル溶媒と、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートなどのカーボネート溶媒と、無機溶媒と、水および有機溶媒の混合物とが含まれる。しかしながら、非極性溶媒が使用されるのが好ましい。これらの溶媒は単独で使用されても、混合物として組み合わせて使用されてもよく、商業的に容易に入手可能である。例えば、トルエン、および他の記載した溶媒は、５３２０１ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ，５３２０１）、Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２０６０のアルドリッチ・ケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から容易に得ることができる。
【００４９】
基材表面上に開始剤分子を構築する際に場合により使用される溶媒の体積百分率は、約０．０５％〜約２５％、好ましくは約０．１％〜約５％の範囲である。開始剤分子は、０℃〜約１３０℃、好ましくは室温〜約１００℃の範囲の温度で、基材表面上に構築される。基材表面は、約１分〜約１週間、好ましくは約５分〜約６０分の範囲の時間の間、開始剤分子にさらされる。
【００５０】
更に、開始剤分子の表面密度、従ってその上に成長されるＰＥＧＡＡポリマーの可能な表面密度は、０．１〜１００％、更に好ましくは５％〜１００％、最も好ましくは２５％〜１００％の範囲である。開始剤分子の表面密度は、ＳＡＭが開始剤およびスペーサー分子の両方で構成される場合には、基材の表面のｃｍ２単位あたりに含有される開始剤分子の数か、あるいは開始剤分子が占有する全表面積のパーセントのいずれかで定義される。
【００５１】
開始剤分子、および場合によりスペーサー分子が基材の表面上に構築されたら、基材は、例えば、好ましくは約３０分〜約１０時間の範囲の時間の間、更に好ましくは約１時間の間、好ましくは約１００℃〜約１８０℃の範囲の温度に加熱することによって、開始剤分子の基材への完全な共有結合を可能にするように十分に硬化されるのが好ましい。開始剤分子の基材への完全な共有結合を可能にするのに十分なその他の硬化方法は、当業者には明らかであろう。硬化のレベルは、最終薄膜の安定性に寄与し得る。
【００５２】
調製した基材表面は、次に、少なくとも１つのＰＥＧＡＡモノマーと反応させられる。本発明に従って使用することができるＰＥＧＡＡモノマーには、以下の一般式：
【００５３】
【化１１】
2006523128.tif 000012
【００５４】
［式中、Ｒ１は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０、最も好ましくは炭素数１〜５のアルキルであり、Ｒ２は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０、最も好ましくは炭素数１〜５のアルキルであり、ｎは１〜１００の整数である］
を有するＰＥＧＡＡが含まれるが、これらに限定されない。しかしながら、ポリエチレングリコールメタクリレート（ＰＥＧＭ）が好ましい。
【００５５】
ＰＥＧＡＡモノマーは、商業的に容易に入手可能である。例えば、ＰＥＧＭは、５３２０１ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ，５３２０１）、Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２０６０のアルドリッチ・ケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から得ることができる。
【００５６】
調製した基材表面とＰＥＧＡＡモノマーを反応させる際に使用することができる適切な触媒には、金属錯体の中心金属原子として周期表の７、８、９、１０、１１族からの元素を含有する金属錯体が含まれるが、これらに限定されない。好ましくは、中心金属原子は、銅、ニッケル、ルテニウムまたは鉄であり、特に、１価の銅、２価のルテニウム、および２価の鉄は、中心金属原子としてより好ましい。しかしながら、中心金属原子として銅が最も好ましい。使用されるのが好ましい銅含有触媒の例としては、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、酢酸第一銅（ｃｕｐｒｏｕｓ  ａｃｅｔａｔｅ）、過塩素酸第一銅（ｃｕｐｒｏｕｓ  ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）などが挙げられる。しかしながら、使用されるのが最も好ましい銅触媒は、塩化第一銅および塩化第二銅である。塩化第一銅（塩化銅（Ｉ））対塩化第二銅（塩化銅（ＩＩ））の比は、０．１〜１００、より好ましくは２：１〜５０：１、最も好ましくは３：１〜１０：１の範囲である。
【００５７】
更に、銅化合物が使用される場合、２，２’−ビピリジルまたはその誘導体、１，１０−フェナントロリンまたはその誘導体、ならびにトリブチルアミンなどのアルキルアミン、またはテトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、およびヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどのポリアミンのようなリガンドを添加して、触媒活性を増強させる。
【００５８】
２価のルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体（ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３）および２価の鉄のトリストリフェニルホスフィン錯体（ＦｅＣｌ２（ＰＰｈ３）３）も触媒として使用するのに十分に適する。２価のルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体が触媒として使用される場合、トリアルコキシアルミニウムなどのアルミニウム化合物を添加して、触媒の活性を増大させる。
【００５９】
水、あるいは例えばアセトンおよびメタノールなどの有機溶媒のような他の適切な液体または溶媒、もしくはこれらの混合物のなどの極性溶媒も、ＰＥＧＡＡモノマーを含有する溶液に添加することができる。しかしながら、好ましくは、水を添加する。ＰＥＧＡＡモノマー溶液の濃度は、追加の液体または溶媒がそこに添加されていてもいなくても、好ましくは、約５％〜約１００％、より好ましくは、約４０％〜約７０％の範囲であろう。更に、触媒対ＰＥＧＡＡモノマーのモル比は１：５〜１：５００、より好ましくは１：２０〜１：１００の範囲であり、リガンド対触媒のモル比は、好ましくは１：２〜１：３の範囲である。
【００６０】
ＰＥＧＡＡ膜は、好ましくは約０℃〜約１５０℃範囲の温度で、更に好ましくは室温〜約５０℃の範囲の温度で、最も好ましくは室温で、基材上に成長させられる。
【００６１】
基材表面が、続いてＰＥＧＡＡモノマーの溶液にさらされると、ＰＥＧＡＡモノマーは、開始剤分子と共有結合を形成する。結果として、基材のモイエティ受容表面上に含有される開始剤分子の密度を用いて、表面で成長されるＰＥＧＡＡ鎖の密度を制御することができる。しかしながら、開始剤分子の表面密度は、ＰＥＧＡＡポリマー鎖の密度を決定し得るが、ＰＥＧＡＡは開始剤よりも多くの空間を占有し、従って、ＰＥＧＡＡの表面密度は、必ずしも、開始剤分子の表面密度に直接一致しないであろう。結果として、基材の表面の約０．１〜約１００％がＰＥＧＡＡ鎖を含有し、より好ましくは基材の表面の約２５〜約１００％がＰＥＧＡＡ鎖を含有し、最も好ましくは基材の表面の約７５〜約１００％がＰＥＧＡＡ鎖を含有するであろう。言い換えると、基材表面上のポリマー鎖密度は、１０−５〜５．０μｍｏｌ／ｍ２の範囲である。従って、本発明の方法は、約０．５ｎｍ〜約５０００ｎｍ、好ましくは約５ｎｍ〜約２５０ｎｍ、最も好ましくは約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の特定の厚さを有するＰＥＧＡＡ膜が生成されるように、ＰＥＧＡＡ膜が、制御された段階的な形で、モイエティ受容基材上で成長されるのを可能にする。
【００６２】
また、ＰＥＧＡＡポリマー鎖の成長は、基材がさらされるＰＥＧＡＡの濃度と、ＰＥＧＡＡ鎖が重合／成長させられる時間の長さとの両方により影響を受ける。結果として、ポリマー膜は、ＰＥＧＡＡの濃度か、またはＰＥＧＡＡ鎖が成長／重合させられる時間の長さのいずれかを制御することによっても、特定の厚さまで成長させることができる。
【００６３】
図２は更に、初めに開始剤分子を含有する単分子層を自己構築させ、次にＳＡＴＲＰによりＰＥＧＡＡ膜を成長させることを含む本発明の２段階方法を説明する。
【００６４】
本発明の更なる方法では、基材のモイエティ受容表面を、ステップ（ａ）において、上記で示した開始剤分子およびスペーサー分子の混合物と接触させ得る。本発明に従って使用することができるスペーサー分子の例としては、以下の
（ａ）以下の一般式を有するアルキル鎖
【００６５】
【化１２】
2006523128.tif 000013
【００６６】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ１はＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立してＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、ＯＲ１、または炭素数３〜２０のアルキルである］、および
【００６７】
【化１３】
2006523128.tif 000014
【００６８】
［式中、
ｎは１〜５０の整数であり、
Ｒ４およびＲ５はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］と、
（ｂ）以下の一般式を有するフェニルおよびフェニル誘導体
【００６９】
【化１４】
2006523128.tif 000015
【００７０】
［式中、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルである］と、
（ｃ）以下の一般式を有するアルキル鎖および官能基の混合物
【００７１】
【化１５】
2006523128.tif 000016
【００７２】
［式中、
ｍは１〜５０の整数であり、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立してＣｌ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
Ｒ３はフェニル、ＯＨ、ＮＨ２、または炭素数３〜２０のアルキルであり、
ＸはＯ、ＣＯＯ、またはＣＯＮＨである］と
が挙げられるが、これらに限定されない。典型的なスペーサー分子は、更に、図１２で提供される。
【００７３】
しかしながら、トリエトキシルプロピルシランが、好ましくは、スペーサー分子として使用される。図３は、２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５’−（トリエトキシルシリルペンチル）などの開始剤分子、およびトリエトキシルプロピルシランなどのスペーサー分子を含んでなるＳＡＭの、基材のヒドロキシル化表面上への付着を実証する。図４は、更に、スペーサーおよび開始剤分子の両方で構成されるＳＡＭ上において、制御された段階的な形のＰＥＧＭ膜の成長を実証する。
【００７４】
ＳＡＭがスペーサーおよび開始剤分子の両方で構成される場合、ＰＥＧＡＡモノマーは開始剤分子に結合されるだけで、スペーサー分子には結合されないことに注意するのが重要である。スペーサー分子は、単に、中立的なスペース−ホルダーの役割を演じるだけであり、それにより、基材の表面上で成長されているＰＥＧＡＡモノマーの密度を制御できるようになる。表面結合スペーサー分子に対する表面結合開始剤分子の相対濃度は、特定の用途に所望または必要とされるＰＥＧＡＡの密度に基づいて選択することができる。一般に、開始剤分子対スペーサー分子の比は、９５：５モル％〜１：９９モル％の範囲である。しかしながら、いくつかの実施形態では、１００モル％の開始剤分子および０モル％のスペーサー分子が使用される。
【００７５】
基材にＰＥＧＡＡ薄膜を施すためにＳＡＴＲＰ方法を用いることによって、停止反応が排除され、これは次に、多分散指数が低下されるという結果をもたらす。多分散指数の低下は、成長中の重合体分子の休止中の鎖端と活性な鎖端との平衡（平衡は休止中の鎖端を好む）に依存するモノマーの濃度を制御することによって、ポリマーの分子量を制御できるようにする。
【００７６】
本発明は更に、本発明のＳＡＴＲＰ方法に従って成長せしめられたＰＥＧＡＡ薄膜の表面上で利用可能なＰＥＧＡＡポリマー鎖に付いた化学基が、特定の官能基で更に修飾されるようにし、これにより、修飾された化学基は、更なる用途または効用において利用されることが可能になる。更なる官能基をその表面に付けることにより修飾されたポリマー鎖は、ポリマーブラシと呼ばれる。例えば、ＰＥＧＡＡ膜中に含有されるポリマー鎖は、更に、特定のタンパク質を認識するように設計された生物学的リガンドがその表面に付けられることによって修飾されることもあり得る。ポリマーブラシの形成は、ピュン（Ｐｙｕｎ）らによる「制御された／「リビング」ラジカル重合を用いるナノ複合体有機／無機ハイブリッド材料の合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ／Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ／”Ｌｉｖｉｎｇ”  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、２００１、１３、３４３６-３４４８（参照によって本明細書に援用される）を参照することによって、より良く理解することができる。
【００７７】
図１１は、本発明の方法に従って表面上に成長せしめられたＰＥＧＡＡポリマー鎖が付いた基材表面を示す。図１１により明らかであるように、ＰＥＧＡＡ鎖は、様々な官能基と反応することができるＢｒおよびＯＨ化学基がその表面に付いている。更に具体的には、本発明の方法に従って付着したＰＥＧＡＡ膜の表面は、１）表面に付いた化学基を、ＣＯＯＨ、ＳＯ３Ｈ、ＰＯ４などの官能基と反応させることによって、負に帯電した表面に転換され得る、２）例えば、バクテリアを殺すことができる表面を生成するために、表面に付いた化学基を、ＮＲ３、ＮＨ２、ＤＮＡなどの官能基と反応させることによって、正に帯電した表面に転換され得る、３）例えば、生物分離プロセスを容易にするために、表面に付いた化学基を、官能基化ＡＤＰ、ＡＴＰ、ＮＡＤＨなどと反応させることによって、生物学的リガンドに転換され得る、４）例えば、細胞の識別または分類を容易にするために、表面に付いた化学基を、官能基化タンパク質、ペプチド、ＤＮＡなどと反応させることによって、生物学的存在と結合され得る、そして、５）例えば、電子工学および光学産業において有用な金属−有機ハイブリッドナノ材料を形成するために、例えば金、銀、および銅などの金属ナノ粒子、ならびに例えばＣｄＳｅおよびＺｎＯなどの半導体ナノ粒子のような表面修飾粒子と結合され得る。上記で示したように修飾されたＰＥＧＡＡ膜表面は、次に、例えば、生物学的センサーの表面材料として用いることができる。生物学的センサーは、米国特許出願第２００２／０００１８４５号明細書（参照によって本明細書に援用される）に概略的に説明される標準技法を用いて製造することができる。
【実施例】
【００７８】
実験
本発明は以下の実施例において更に定義され、全ての部および百分率は重量による。これらの実施例が説明のためだけに与えられることは、理解されるべきである。上記議論およびこの実施例から、当業者は本発明の本質的な特徴を確定することができ、その精神および範囲から逸脱することなく、様々な使用および条件に適合させるために本発明のさまざまな変化および修正を行なうことができる。
【００７９】
実施例に従って、以下の材料を使用した。
シリコン・バレー・マイクロエレクトロニクス社（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖａｌｌｅｙ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．）（カリフォルニア州サンノゼ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ））から入手した３３０〜３８１±５０μｍの厚さを有する１つずつ研磨した非ドープシリコンウェハ。
ｎ−プロピルトリエトキシシランは、ゲレスト社（Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．）（ペンシルベニア州モーリスビル（Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ））から入手した。
開始剤分子：一般式（ＥｔＯ）３Ｓｉ（ＣＨ２）６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）２Ｂｒを有する２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸（５−トリクロロシリルペンチル）。この化合物は、デュポン・セントラルＲ＆Ｄ（ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｒ＆Ｄ）において実験室で合成した。
５３２０１ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ，５３２０１）、Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２０６０のアルドリッチ・ケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から以下の材料を購入した。
ポリエチレングリコールメタクリレート（平均ＭＷ３６０）、
ビピリジン、
塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、
塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ２）、
５−ヘキセン−１−オール、
トリエチルアミン、
ＨＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）２、
Ｃｐ２ＰｔＣｌ２、
臭化２−ブロモ−２−メチルプロピオニル、
トルエン、
塩化メチレンなどのその他の有機溶媒。
【００８０】
実施例１
ペンタ−４−エニル−２−ブロモ−２−メチルプロピオナート前駆体の合成
連続的に攪拌しながら、１６ｍＬの乾燥ＣＨ２Ｃｌ２を含有するフラスコに、１．４６ｍＬの５−ヘキセン−１−オール（３０．０ｍｍｏｌ）および５．００ｍＬのトリエチルアミン（３０．０ｍｍｏｌ）を、窒素ガス雰囲気下０℃で添加した。８．２７ｍＬの臭化２−ブロモ−２−メチルプロピオニル（３０．０ｍｍｏｌ）を液滴状で１０分間にわたって添加し、白色のトリエチルアミン塩を形成した。次に、得られた溶液を０℃で１時間攪拌した。次の２．５時間にわたって溶液を室温に温め、溶液は、より暗い茶色になった。沈殿物をろ過し、５０ｍＬの塩化メチレンですすいだ。飽和水酸化アンモニウム溶液（ＮＨ４Ｃｌ）で４回、および水で４回、ろ液を抽出した。茶色の粗オイルのキャラクタリゼーションを行い、次の合成工程で使用した。ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ（ｐｐｍ））：５．９−６．０（ｍ，１Ｈ）、５．１−５．２（ｄ，２Ｈ）、４．３（ｍ，２Ｈ）、２．２（ｍ，２Ｈ）、２．１（ｓ，６Ｈ）、１．８（ｍ，２Ｈ）、１．６（ｍ，２Ｈ）。マススペクトル（ＣＩ）：ｍ／ｚ２４８。
【００８１】
実施例２
２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチル開始剤の調製
還流冷却器および窒素パージを備えたフラスコ中で、実施例１に従って調製した０．６９８ｇのペンタ−４’−エニル−２−ブロモ−２−メチルプロピオナート（２．８０ｍｍｏｌ）、２ｍＬのＨＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）２（１０．８ｍｍｏｌ）、および５．０ｍｇのＣｐ２ＰｔＣｌ２（０．０１２５ｍｍｏｌ）を、５ｍＬの乾燥ＣＨ２Ｃｌ２溶媒に添加し、次に攪拌した。反応を暗所で一晩還流させた。１７時間の還流後、反応混合物を冷却し、減圧下で溶媒および過剰のシランを除去した。粗生成物を蒸留（６０ミリトルの真空／１３５℃）し、薄茶色のオイル生成物が生じた（全収率６２％）。１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ（ｐｐｍ））：４．１０−４．１３（ｔ，２Ｈ）、３．７５−３．７９（ｑ，６Ｈ）、１．８９（ｓ，６Ｈ）、１．６４（ｍ，２Ｈ）、１．３５，（ｍ，６Ｈ）、１．１７−１．２１（ｔ，９Ｈ）、０．５９（ｍ，２Ｈ）。ＭＳ（ＣＩ）：ｍ／ｚ４３０（Ｍ＋ＮＨ４）、４１２（Ｍ＋Ｈ）、３８４（Ｍ−Ｃ２Ｈ５）、３６７（Ｍ−Ｃ２Ｈ５Ｏ）、２８７、２４５、１８０。
【００８２】
実施例３
２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチル開始剤の代替の調製
実施例２の方法に従って、Ｃｐ２ＰｔＣｌ２の代わりにＨ２ＰｔＣｌ６を触媒として用いて、２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルを調製した。この触媒は使用した試薬に良好な溶解度を示すので、溶媒を使用せずに反応を実施した。蒸留した生成物は、実施例２で生成した開始剤と同じスペクトルデータを有し、収率はほぼ６５％であった。
【００８３】
実施例４
シリコン基材上における開始剤単分子層の自己構築
ステップ１：シリコン表面の清浄化
シリコンウェハを２４×３０ｍｍ２または２０×１５ｍｍ２の断片に切断した。２つの特別なウェハホルダ（ガラストレイをこのために設計した。各ホルダは、１０個までのウェハを収容することができる）。ビーカー中７０℃で３０分間、ウェハをピラニア溶液（７０％Ｈ２ＳＯ４＋３０％Ｈ２Ｏ２（３０％濃縮））により処理した。次に、ウェハをバーンステッド（Ｂａｒｎｓｔｅａｄ）ナノピュア（Ｎａｎｏ−ｐｕｒｅ）水（１８．２ＭΩ−ｃｍ）で十分にすすぎ、１２０℃のオーブン内で１時間乾燥させた。
【００８４】
ピラニア溶液は、ほとんどの有機材料と激しく反応する傾向があるので、細心の注意を払って取り扱わなければならない。ピラニア溶液が使用されている領域内には、有機材料が存在してはならない。ピラニア溶液を取り扱うオペレータは、二重の安全手袋、例えばニトリルおよびネオプレンを身に付けるべきであり、保証される更なる安全対策を行なうべきである。
【００８５】
ステップ２：単分子層としての０．１５％溶液の開始剤分子の自己構築
１５０ｍＬの０．１５％２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルの調製では、実施例２または３のいずれかに従って調製した０．２２５ｍＬの２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチル開始剤を、１５０ｍＬの乾燥トルエンに添加し、５分間攪拌した。次に、４０個の清浄なウェハ断片（１５×２０ｍｍ２または２４×３０ｍｍ２）を入れた浅いビーカーに溶液を移した。ビーカーをアルミ箔で覆い、６０℃のオイルバス中で４時間加熱した。次に、反応させたウェハをトルエンおよびアセトンですすぎ、１１０℃のオーブンで１時間ベーキングした。ベーキングの後、構築された開始剤単分子層の膜厚をエリプソメータで測定し、１０．３Åであると決定した。
【００８６】
実施例５
シリコン基材の表面におけるポリエチレングリコールメタクリレート（ＰＥＧＭ）膜の成長
典型的な反応では、５０ｍＬの丸底フラスコに６．０ｇのＰＥＧＭ（ＭＷ３６０）および５．０ｇのナノピュア水を添加することによって、１．５Ｍ濃度を有するＰＥＧＭモノマー混合物を調製した。次に、０．０７５ｇのビピリジル、０．００５４ｇのＣｕＣｌ２および０．０２ｇのＣｕＣｌを窒素雰囲気下でフラスコに添加した。フラスコをゴム製セプタムで密封し、混合物を窒素雰囲気下で１０分間攪拌した。実施例４に従って開始剤単分子層がその表面上に構築されたウェハを入れたフラスコに、５ｍＬの前記混合物をシリンジで移した。化学薬品を入れる前に、ウェハを含有するフラスコにＮ２を５分間流してから、ゴム栓で密封した。所望される膜厚に応じて、１５分〜７２時間の範囲の時間の間、反応を継続させた。その後、ウェハをナノピュア水ですすぎ、空気乾燥した。
【００８７】
続いて、ＰＥＧＭ薄膜の厚さをエリプソメータで測定した。本明細書中で以下に含有される表１を参照されたい。それぞれの測定では、相対標準偏差（％ＲＳＤ）は３％未満であり、膜表面が非常に均一であることが示される。更に、膜厚対反応時間は、次の直線的な関係：ｙ＝４８．１ｘ＋７９に適合する。８時間以内に、ＰＥＧＭ膜は４４．７ｎｍまで成長する。ＰＥＧＭ層の厚さの低相対標準偏差は１０％未満であり、ＰＥＧＭ層が成長させられる時間の長さによって、ＰＥＧＭ層の厚さが非常によく制御され得ることが示される。
【００８８】
【表１】
2006523128.tif 000017
【００８９】
実施例６
モノマー濃度に対するＰＥＧＭ膜の成長の依存性
基材の表面上でＰＥＧＭ膜が成長される速度は、重合／成長の速度に依存することが分かった。これは次に、溶液中のモノマーの濃度に依存することが分かった。６．０ｇのＰＥＧＭ（ＭＷ３６０）および２．０ｇのナノピュア水を５０ｍＬの丸底フラスコに添加することによって、２．１Ｍ濃度を有するＰＥＧＭモノマー混合物を調製した。次に、０．０７５ｇのビピリジル、０．００５４ｇのＣｕＣｌ２および０．０２ｇのＣｕＣｌを窒素雰囲気下でフラスコに添加した。次にフラスコをゴム製セプタムで密封した。
【００９０】
実施例５に従って１．５Ｍ濃度を有するＰＥＧＭモノマー混合物を調製し、次に、ゴム製セプタムでフラスコ内部を密封した。
【００９１】
両方の混合物を窒素雰囲気下で１０分間攪拌した後、５ｍＬのそれぞれの混合物を、実施例４に従ってその表面上に開始剤単分子層が構築されたウェハを含有する別々の５０ｍＬの丸底フラスコに移した。各フラスコを窒素雰囲気に保持した。表２に示される時間の間、反応を室温で行なった。それぞれの反応の最後に、各ウェハをナノピュア水ですすぎ、空気乾燥した。
【００９２】
【表２】
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【００９３】
実施例７
開始剤およびスペーサー分子両方の単分子層の基材表面上への自己構築
（ａ）１：１の開始剤／スペーサーモル比を有するＳＡＭの調製
７５μＬのスペーサーｎ−プロピルトリエトキシシランと、実施例２または３のいずれかに従って調製した１５０μＬの開始剤２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルとを、１５０ｍＬの乾燥トルエンを含有する２５０ｍＬのフラスコ中で合わせた。混合物を５分間攪拌し、次に、２０個の清浄なウェハ断片（１．５×２．０ｃｍ２）を入れたビーカーに移した。ビーカーをアルミ箔で覆い、オイルバス中、６０℃で４時間加熱した。次に、ウェハをトルエンおよびアセトンですすぎ、オーブン中、１気圧、１１０℃で１時間ベーキングした。
【００９４】
（ｂ）１：１０の開始剤／スペーサーモル比を有するＳＡＭの調製
１８７．５μＬのスペーサーｎ−プロピルトリエトキシシランおよび３７．５μＬの開始剤２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルを、１５０ｍＬの乾燥トルエンを含有する２５０ｍＬのフラスコ中で合わせた。実施例７（ａ）に詳述される手順を繰り返した。
【００９５】
（ｃ）１：５０の開始剤／スペーサーモル比を有するＳＡＭの調製
２１６．３μＬのスペーサーｎ−プロピルトリエトキシシランおよび８．６μＬの開始剤２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルを、１５０ｍＬの乾燥トルエンを含有する２５０ｍＬのフラスコ中で合わせた。実施例７（ａ）に詳述される手順を繰り返した。
【００９６】
（ｄ）１：１００の開始剤／スペーサーモル比を有するＳＡＭの調製
２２０．６μＬのスペーサーｎ−プロピルトリエトキシシランおよび４．４μＬの開始剤２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルを、１５０ｍＬの乾燥トルエンを含有する２５０ｍＬのフラスコ中で合わせた。実施例７（ａ）に詳述される手順を繰り返した。
【００９７】
実施例８
ＰＥＧＭ膜の鎖密度を制御するためのＳＡＴＲＰの使用
基材の表面に成長せしめられたポリマー鎖の密度は、例えば、１：１、１：１０、１：５０および１：１００の開始剤：スペーサー比を有するＳＡＭ中に含有される開始剤分子の密度によって制御される。従って、実施例７に従って調製したウェハを、実施例５の方法に従って、ＰＥＧＭと更に接触させた。更に具体的には、６．０ｇのＰＥＧＭ（ＭＷ３６０）および５．０ｇのナノピュア水を５０ｍＬの丸底フラスコに添加することによって、１．５ＭのＰＥＧＭモノマー濃度を有する溶液を調製した。次に、０．０７５ｇのビピリジル、０．００５４ｇのＣｕＣｌ２および０．０２ｇのＣｕＣｌを窒素雰囲気下でフラスコに添加し、フラスコをゴム製セプタムで密封した。
【００９８】
混合物を窒素雰囲気下で１０分間攪拌した後、実施例７（ａ）、７（ｃ）および７（ｄ）に従って調製されたウェハをそれぞれが含有する異なる５０ｍＬの丸底フラスコに、５ｍＬの混合物を移した。窒素雰囲気をフラスコ内で保持した。所望の時間の間、室温で反応を行なった。反応の最後に、各ウェハをナノピュア水ですすぎ、空気乾燥した。
【００９９】
実施例９
ＰＥＧＭ膜の厚さのエリプソメータによる測定
実施例８に従ってシリコンウェハの表面上に成長せしめられたＰＥＧＭ膜と組み合わせた開始剤単分子層２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸５−トリエトキシルシリルペンチルの厚さは、ヌル−エリプソメータ（ｎｕｌｌ−ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）（ニュージャージー州フェアフィールド（Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ，ＮＪ）のルドルフ・オート（Ｒｕｄｏｌｐｈ  Ａｕｔｏ）ＥＬ−ＩＩ）によって測定した。測定に使用したレーザービームの波長は、６３２．８ｎｍであり、入射角は７０°であった。ＰＥＧＭの屈折率は、１．５４であると推定した。所与の薄膜サンプルにおける１０回の測定の平均として厚さを報告した。露出シリコンウェハ上の酸化物層（ＳｉＯ２）は、１８．２Å厚であると決定した。開始剤単分子層と組み合わせたＰＥＧＭ膜層の厚さは、酸化物層の寄与を差し引くことによって得た。
【０１００】
【表３】
2006523128.tif 000019
【０１０１】
実施例１０
ＰＥＧＭ被覆シリコンウェハへのタンパク質の付着
材料：
ミズーリ州セントルイスのシグマ・アルドリッチ・ケミカル・カンパニー（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）から、フィブリノゲンを入手した。０．１Ｍおよび１．０Ｍのリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）をミリＱ水に溶解させることによって、０．１Ｍおよび１．０Ｍのイオン強度を有する緩衝溶液を別々に調製し、次に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）でｐＨ６．０に滴定した。
【０１０２】
全ての実験を３通り実施した。
【０１０３】
方法：
（ａ）０．１Ｍの緩衝溶液および１．０Ｍの脱離／洗浄緩衝溶液の調製：
０．１Ｍおよび１．０Ｍのリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）を、ミリＱ水を含有する２つの別々のビーカー中に溶解させることによって、両方の緩衝溶液を調製し、次に各溶液を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）でｐＨ６．０に滴定した。
【０１０４】
（ｂ）タンパク質含有緩衝溶液の調製：
溶液を室温で１時間攪拌することによって、０．１Ｍの濃度を有する上記緩衝溶液中に、フィブリノゲンを溶解させた。
【０１０５】
（ｃ）シリコンウェハの取扱い：
それぞれの実験中、ウェハは、テフロン被覆ピンセットを用いてウェハの角で取り扱った。
【０１０６】
（ｄ）実験の構成：
実験の構成は３つのビーカーを含み、第１のビーカーは、本明細書中の上記で調製したタンパク質緩衝溶液を含有し、第２のビーカーは、本明細書中の上記で調製した０．１Ｍの緩衝溶液を含有し、第３のビーカーは、本明細書中の上記で調製した１．０Ｍの洗浄緩衝溶液を含有した。図１０は、タンパク質緩衝溶液中のシリコンスライドの浸漬を概略的に実証する。
【０１０７】
この実施例は、異なる表面コーティングを有する３つのシリコンウェハの表面へのタンパク質の吸着、およびそこからのタンパク質の脱離を比較する。ウェハ１は、その上に何も被覆されていない露出表面を有した。ウェハ２は、開始剤分子がウェハの表面上に単分子層として自己構築される実施例４に従って調製した。ウェハ３は、ＰＥＧＭ膜がウェハの表面上に成長される実施例５に従って調製した。
【０１０８】
Ａ．タンパク質の吸着
テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）被覆ピンセットを用いて、ウェハをスロット付ガラストレイ内に置き、攪拌棒の真上の高い位置までタンパク質緩衝溶液中に降下させた。ウェハを溶液中に浸漬したまま１時間攪拌し続けた。１時間後、クレードル（ｃｒａｄｌｅ）をタンパク質溶液から取り出した。ウェハがまだクレードル内にある間に、まず０．１Ｍの緩衝溶液を含有する第２のビーカー中に降下させることによって、ウェハをすすいだ。次に、それぞれの個々のウェハをテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）ピンセットでトレイから取り出しながら、ミリＱ水だけで再度すすぎ、次にＮ２の流れで乾燥させた。乾燥させたら、各ウェハを測定し、その上に吸着したタンパク質層の厚さを決定した。
【０１０９】
Ｂ．タンパク質の脱離
測定したら、ウェハをクレードル内に戻し、本明細書中の上記で調製した脱離溶液としても知られる１．０Ｍの緩衝溶液中に沈めた。脱離溶液中に１時間沈めたら、本明細書中の上記で概説した手順に従って、ウェハをもう一度洗浄／すすぎ、および乾燥させた。乾燥させたら、各ウェハをもう一度測定し、その上にまだ吸着しているタンパク質層の厚さを決定した。
【０１１０】
エリプソメトリを用いて、ウェハ上のベースシリカ酸化物層、開始剤層、およびＰＥＧＭ膜層の厚さを測定した。更に、ウェハを走査して、タンパク質層の厚さを決定した。タンパク質および高分子コーティングの屈折率は同一であると仮定した。タンパク質の充填密度の変化は、ウェハ上の高分子コーティングの厚さが同一であるとしても、ローディングの変化をもたらし得る。
【０１１１】
全ての走査ポイントの後にウェハ上で４分の１回転させ、各ウェハ上の１０の異なる位置で手動走査を行なった。各条件に使用される３通りのウェハの１つにおいて６００地点で自動走査を行なった。
【０１１２】
ＡＮＯＶＡを用いる３サンプルの統計的等価平均のデータ分析決定では、全てのウェハサンプルにおいて１０ポイント走査が行なわれる。
【０１１３】
この実験は、シリカウェハの表面上におけるＰＥＧＭ膜の成長が、ウェハ表面へのタンパク質（フィブリノゲン、ＭＷ〜３６０ｋＤａ、６０×６０×４５０Å、ｐＨ＝ｐｌ＝６．０）の可逆的および不可逆的の両方の結合を効果的に低減することを示す。例えば、ＰＥＧＭ膜で被覆されていないシリカウェハの表面には、１６０Åの厚さのフィブリノゲン層が吸着される。更に、実施例４に従って疎水性開始剤単分子層のみがその上に付着したシリコンウェハの表面には、８５Åの厚さのフィブリノゲン層が吸着される。しかしながら、実施例５に従ってその表面に被覆された５０Åの厚さのＰＥＧＭ膜層を含有するシリコンウェハの表面には、２０Å未満の厚さのフィブリノゲン層が結合される。約１００Åまで、ＰＥＧＭ膜層の厚さを増大させると、フィブリノゲンの表面への可逆的な付着の低減において大幅な影響があるようである。１００Åの厚さのＰＥＧＭ層は、残りの結合タンパク質の厚さを、６７Å厚の層から、約２０Å厚の層まで低下させる。表４は、シリカウェハの表面に可逆的および不可逆的に吸着したフィブリノゲン層の厚さが、シリカウェハの表面上に含有されるＰＥＧＭ膜の厚さとどのように関連するかを示す。
【０１１４】
【表４】
2006523128.tif 000020
【０１１５】
表５は、指定された厚さを有するタンパク質層を得るために必要とされ得るタンパク質のローディングの推定量を要約する。フィブリノゲンの理論的なローディングは、サイド−オンおよびエンド−オン位置のそれぞれで、２〜１６ｍｇ／ｍ２の間であると報告される。
【０１１６】
【表５】
2006523128.tif 000021
【０１１７】
実施例１１
ＰＥＧＭ被覆されたシリコンウェハ上の細胞の付着
細胞培養
この実施例は、異なる表面コーティングを有する３つのシリコンウェハの表面への細胞の付着の度合いを評価した。ウェハ１は、その上に何も被覆されていない露出表面を有した。ウェハ２は、開始剤分子がウェハの表面上に単分子層として自己構築される実施例４に従って調製した。ウェハ３は、ＰＥＧＭ膜がウェハの表面で成長される実施例５に従って調製した。３つ全てのシリコンウェハを８０％のエタノールで殺菌し、３つの異なる５０ｍＬの滅菌プラスチック管に入れた。３０ｍＬのＬＢ液体培地および１００μＬの大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ｋ１２株）細胞貯蔵溶液を、これらの管のそれぞれに添加した。穏やかに振とうさせながら３７℃で２４時間インキュベーションした後、３７℃で更に２４時間、管をインキュベータ内に静止して置き、細胞のウェハ表面への吸着を最大にした。
【０１１８】
細胞の蛍光イメージング
インキュベーションした後、ウェハを管から取り出し、蒸留水で３回すすいだ。次にそれぞれのウェハを小さいペトリ皿に置いた。５ｍＬの５０Ｍのカルボキシフルオレセインジアセテート溶液（２００ｍＭのリン酸ナトリウム緩衝液中、ｐＨ７．２）を、ペトリ皿内のウェハ上を覆うように施した。室温で５分間インキュベーションした後、ウェハを蒸留水ですすぎ、自由な染料を除去し、次に、細胞の蛍光性観察のために各ウェハをガラススライド上に取り付けた。
【０１１９】
狭帯域のＦＩＴＣキューブを有するオリンパス（Ｏｌｙｍｐｕｓ）ＡＸ８０蛍光顕微鏡で、ウェハ表面上の細胞の蛍光性を観察し、スポット（Ｓｐｏｔ）２冷却ＣＣＤデジタルカメラを用いて画像を獲得した。露出シリコンであるコントロールに対して露光時間を標準化した。
ａ）露出シリカ基材では、表面は非常に親水性であった。図６に示されるように、露出シリカウェハの表面に付着している大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞は無いように見える。
ｂ）図７および８に示されるように、実施例４に従って調製され、続いて、本明細書中で上記に開示されたタンパク質緩衝溶液にさらされたシリコンウェハは、その表面に密集して結合された大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞を有する。このデータは、疎水性ポリマープラスチックが、細胞の結合に耐性でないことを示唆する。
ｃ）実施例５に従って様々な厚さ（５０、１００、２００、３００および４００Å）を有するＰＥＧＭ膜で被覆され、続いて、本明細書中で上記に開示されたタンパク質緩衝溶液にさらされたシリコンウェハを、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞の結合について試験した。実験データは、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞がＰＥＧＭ被覆されたシリコンウェハ表面のどの表面上にも吸着しないことを示した。更に具体的には、図９は、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞が、２００Å厚のＰＥＧＭ膜で被覆された基材の表面上に吸着されなかったことを示す。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】基材の表面上の単分子層に自己構築された開始剤分子を示す。
【図２】ＳＡＴＲＰ方法を用いる基材上のＰＥＧＡＡ膜の成長を示す。
【図３】スペーサーおよび開始剤分子を含有する単分子層の基材表面上への自己構築を示す。
【図４】開始剤およびスペーサー分子の両方で構成されるＳＡＭ中に含有される開始剤分子への、ＰＥＧＡＡポリマー鎖の結合を示す。
【図５ａ】本発明のＳＡＴＲＰ方法に従って鉛直に付着されたポリマー鎖を示す。
【図５ｂ】チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）らのＳＡＭ技法に従って付着されたポリマー鎖のランダムなコイル状構造を示す。
【図６】２０倍の倍率のスポット２冷却ＣＣＤデジタルカメラ画像であり、実施例１１に従って調製されたシリカウェハに吸着した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞は示されない。
【図７】２０倍の倍率のスポット２冷却ＣＣＤデジタルカメラ画像であり、実施例４の開始剤単分子層で被覆されたシリカウェハに密集して結合された大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞が示される。
【図８】１００倍の倍率のスポット２冷却ＣＣＤデジタルカメラ画像であり、実施例４の開始剤単分子層で被覆されたシリカウェハに密集して結合された大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞が示される。
【図９】２０倍の倍率のスポット２冷却ＣＣＤデジタルカメラ画像であり、実施例５の方法に従って２０ｎｍ厚のＰＥＧＭポリマーが被覆されたシリカウェハ上の大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞の吸着がないことが示される。
【図１０】タンパク質および細胞の結合実験のための試験細胞の概略図である。
【図１１】基材上に成長せしめられたポリマー鎖の表面に付いた化学基を示す略図である。
【図１２】典型的なスペーサー分子の分子構造を示している。
【図１】
2006523128.tif 000036
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
2006523128.tif 000042
【図７】
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【図８】
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【図９】
2006523128.tif 000045
【図１０】
2006523128.tif 000046
【図１１】
2006523128.tif 000047
【図１２−１】
2006523128.tif 000048
【図１２−２】
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【国際調査報告】
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2006523128.tif 000051