(57)【要約】本発明は、支持体表面を活性化ガスに曝露すること、および予め形成されたヒドロゲルを、曝露された支持体表面上に付着させることを含む、予め形成されたヒドロゲルをポリマー支持体に結合する方法、およびそのように形成されたヒドロゲル製品に関する。このヒドロゲル製品は、活性成分送達デバイス、創部カバーおよび診断用の手段として使用することができる。これは接着剤として化学薬品を使用しているヒドロゲル製品を有利に置き換える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体表面を活性化ガスに曝露すること、および予め形成されたヒドロゲルを、曝露された支持体表面上に付着させることを含む、予め形成されたヒドロゲルをポリマー支持体に結合する方法。
【請求項２】
励起周波数を使用した放電により活性化ガスを発生させる請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記励起周波数が、低周波数、無線周波数およびマイクロ波周波数からなる群から選択される請求項2に記載の方法。
【請求項４】
支持体表面上で少なくとも約0.5の窒素/酸素原子比を有する支持体表面を作製するために、支持体表面を活性化ガスに曝露すること、および曝露された支持体表面上にヒドロゲルを付着させることを含む請求項1に記載の方法。
【請求項５】
活性化ガス処理がプラズマガス処理である請求項4に記載の方法。
【請求項６】
ヒドロゲル中のタンパク質が、ウシ血清アルブミン、加水分解ダイズ、加水分解カゼイン、エンドウアルブミンおよび卵白アルブミンからなる群から選択される請求項4に記載の方法。
【請求項７】
プラズマガスが、窒素およびアンモニア、および/または他のガスとそれらの混合物からなる群から選択されるガスを含む請求項5に記載の方法。
【請求項８】
タンパク質含有ヒドロゲルがさらに活性化ポリエチレングリコールを含む請求項6に記載の方法。
【請求項９】
支持体がゴムおよびプラスチックポリマーからなる群から選択される請求項5に記載の方法。
【請求項１０】
プラスチックポリマーが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド、エチルビニルアセタート、ポリエステル、コポリエステル、ポリ塩化ビニル(PVC)、ナイロン、アセタール、ポリスルホン(PS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFEテフロン(登録商標))およびポリメチルメタクリレートからなる群から選択される請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
支持体が、ネオプレンおよびニトリルからなる群から選択されるゴムである請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理を約10-4〜約760トールの範囲の使用圧力で実施する請求項4に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理を約10ミリトール〜1トールの範囲の使用圧力で実施する請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
予め形成されたヒドロゲルを結合したポリマー支持体を含むヒドロゲル製品であって、予め形成されたヒドロゲルに接着するように、予め形成されたヒドロゲルを施用する支持体表面が、活性化ガス処理によって改変されたものである製品。
【請求項１５】
予め形成されたタンパク質含有ヒドロゲルを結合したポリマー支持体を含むヒドロゲル製品であって、予め形成されたタンパク質含有ヒドロゲルと接している支持体表面が、少なくとも約0.5の窒素/酸素原子比を有する製品。
【請求項１６】
予め形成されたタンパク質含有ヒドロゲルが、ウシ血清アルブミン、大豆グロブリン、カゼイン、エンドウアルブミンおよび卵白アルブミンからなる群から選択されるタンパク質を含む請求項15に記載のヒドロゲル製品。
【請求項１７】
タンパク質含有ヒドロゲルと接している支持体表面が、活性化ガス処理に曝されたもので、かつ活性化ガスが窒素およびアンモニアからなる群から選択されるガスを含む請求項15に記載のヒドロゲル製品。
【請求項１８】
タンパク質含有ヒドロゲルが、さらに活性化ポリエチレングリコールを含む請求項17に記載のヒドロゲル製品。
【請求項１９】
支持体が、ゴムおよびプラスチックポリマーを含む群から選択される請求項15に記載のヒドロゲル製品。
【請求項２０】
プラスチックポリマーが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド、エチルビニルアセタートおよびコポリエステルからなる群から選択される請求項19に記載のヒドロゲル製品。
【請求項２１】
物体、食品および組織を覆い、その水分を保存するための層としての、請求項14から20のいずれか一項に記載のヒドロゲル製品の使用。
【請求項２２】
活性成分送達システムとしての、請求項14から20のいずれか一項に記載のタンパク質含有ヒドロゲル製品の使用。
【請求項２３】
診断用の手段としての、請求項14から20のいずれか一項に記載のヒドロゲル製品の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー支持体(backing)に結合した(attached)ヒドロゲル、およびその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、支持体がヒドロゲルに結合するように、その表面を改変する方法に関する。それによって製造されるヒドロゲル製品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロゲルの物理的特性は、様々な活性成分のための制御放出デバイスを含む多くの応用分野での使用を可能にしている。こうした制御放出デバイスの用途が見出される分野には、化粧品、医学、バイオテクノロジーおよび実験室が含まれる。
【０００３】
これらの多くの応用分野(高い水分含量、成分を放出する能力等)において、多くのヒドロゲルはそれを有用なものとするのに必要な特徴を有しているが、欠点となる特徴も有している。これらのヒドロゲルは脆いことが多く、したがって取り扱いが難しい。こうしたヒドロゲルの大きなものを、破壊することなく操作することは非常に困難である。ヒドロゲルはまた、開放大気中に置いておくと乾燥してしまいがちであり、その結果その有効性は著しく低下することになる。例えば、ヒドロゲル創傷包帯の有効性は、それまでに水分含量の大部分が蒸発してしまっているので、身体部分上に貼り付けた後短時間(15分から数時間で)で低下してしまう。
【０００４】
上記応用例の多くの場合、ヒドロゲルを乾燥させておいて、その特性を全く失うことなくそれを随意に再水和することができると好都合である。例えば、ヒドロゲル中に含めようとするある種の活性成分の性質は、使用の直前にヒドロゲル中に導入されることを必要とすることがある。そうした活性成分は不安定であることが多く、その結果、その有効性は製造直後が最大である。しかし、現在の実際の製造では、ヒドロゲルの製造と使用の間の一定の遅れを防ぐことは実行不可能であることが多い。さらに、ヒドロゲルを前もって調製し貯蔵しておくと有利となる可能性があり、例えば、基礎の乾燥ヒドロゲルマトリックスに異なる溶液を満たすことができ、こういう方法で、ヒドロゲルの様々な所期の応用分野のために注文生産することができる。しかしこの方法は、乾燥した時ヒドロゲルの元の形状が失われる傾向があり、したがって、再水和させる際、型に入れて元の形に戻す必要があるという欠点がある。この追加の操作が汚染を招く可能性がある。こうした不便さが、ヒドロゲルを乾燥し再水和する工程を煩わしいものにしている。支持体に結合したヒドロゲルを使用すると、再水和したヒドロゲルにその元の形を保持させることによって、こうした問題を回避する助けとなり、したがって、乾燥ヒドロゲルの使用がより簡便になる。
【０００５】
したがって、有用な特性に影響を与えることなく、その取り扱いを容易にする補強手段および特徴を有するヒドロゲルを提供する試みがいくつかなされてきた。
【０００６】
ヒドロゲルに一般的に欠けている延性および引張強さを有する材料でできた支持体に、ヒドロゲルを固定するための方法が記載されている。例えば、共架橋剤(例えば、グルタルアルデヒドまたはシアノアクリレート)などの化学薬品を使用することによって、プラスチックポリマー支持体をヒドロゲルに結合する方法が記載されている。
【０００７】
ヒドロゲルに化学薬品を使用することは多くの欠点を伴う。例えば、最初に支持体とヒドロゲルとの界面で使用された化学薬品が、溶解してヒドロゲルを通して移行する可能性がある。したがって、この化学薬品がヒドロゲルで覆おうとする媒体と接触することになる可能性がある。媒体が創傷部や皮膚である場合これは特に問題となる。ヒドロゲルが媒体として働くことができる免疫学的アッセイなどの感度の高い診断試験では、化学薬品が結果を歪める可能性がある。溶解した化学薬品がヒドロゲル中に存在すると、含まれる活性成分の特性に影響を及ぼすことがある。接着剤として使用した化学薬品が処理支持体の膨張を引き起こすこともあり得る。多くのステップと操作を必要とするので、ヒドロゲルを支持体に結合するその方法も一般に簡便さに欠ける。
【０００８】
支持体に結合したヒドロゲルを得るための他の方法が、当技術分野で記載されている。例えば、米国特許第5,849,368号は、体内に導入されることを目的としたポリマー性医療用デバイス(カテーテル等)に、より親水性を付与する方法を開示している。それには、プラズマガス処理を用い、中間体のポリウレタン-尿素成分を塗布して、そのポリマー上に薄いヒドロゲルコーティングを形成させることが含まれる。その方法は以下のステップを含む。1)継続的な酸素含有および窒素含有プラズマ処理でプラスチックポリマー表面を反応させることによって、その表面により極性および活性を付与する。2)処理したプラスチックポリマー表面に、イソシアナート末端プレポリマー中間体を塗布する。3)ヒドロゲルコポリマーの水溶液をコーティング上に塗布することによって、プレポリマーをヒドロゲルに転換させ、混合されたヒドロゲル網を得る。プラズマガス処理の機能は、中間体のイソシアナート末端プレポリマーに結合するために、プラスチックポリマー表面を準備しておくことである。ポリマーをそのように前処理するために2つのプラズマガス処理が実施されており、1つだけのプラズマガス処理より、それを組み合わせたものの方が優れていると記載されている。
【０００９】
米国特許第5,849,368号はポリマーに親水性を付与する方法にも関している。複数のステップおよび化学反応物または溶媒を必要としている。この特許はコーティングに関心を払っていて、活性成分のためのマトリックスとしてヒドロゲルを使用することも、予め形成されたヒドロゲル(preformed hydrogel)を処理したポリマー表面に単に並置することも記載されていない。
【００１０】
したがって、ヒドロゲルを支持体に結合するための新規で、より簡単かつより安全な方法が必要である。
【特許文献１】
米国特許第5,849,368号
【特許文献２】
米国特許第5,733,563号
【非特許文献１】
K.L. Mittal 及びL. Pizzo編、Adhesion Promotion Techniques -−Technological Applications (New York; Marcel Dekker, Inc., 1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の一般的な目的は、ヒドロゲルを支持体に結合するための改善された方法を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、ヒドロゲルを支持体に結合するための改善された方法、およびその方法によって作製される従来技術の不便さを有していないヒドロゲル製品を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、予め形成されたヒドロゲルを支持体に結合するための、より簡便でより安全な方法を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、補強されていてかつ取り扱い易く、乾燥する傾向および/またはいずれかのその有用な特性を失う傾向を低減したヒドロゲル製品を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、薬剤として、かつ薬用化粧品として活性な成分を適切に移動させるのを可能にするのに十分な時間水分を保持させることができる、支持体に結合したヒドロゲルを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、架橋剤および共架橋剤を含まない、支持体に結合したヒドロゲルを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、有用などのような特性も失うことなく、随意にヒドロゲルを乾燥し再水和させることができる、支持体に結合したヒドロゲルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、支持体表面を活性化されたガスに曝露し、かつ予め形成されたヒドロゲルを、曝露された支持体表面上に付着(deposit)することを含む、予め形成されたヒドロゲルをポリマー支持体に結合するための方法を提供する。
【００１９】
好ましい実施形態では、活性化ガスを、低周波、無線周波およびマイクロ波周波数からなる群から選択される励起周波数を用いた放電により発生させる。
【００２０】
別の実施形態では、本発明の方法は、支持体表面上で少なくとも約0.5の窒素/酸素原子比を有する支持体表面を作製するように活性化ガスへ支持体表面を曝露させ、かつ曝露された支持体表面上にそのヒドロゲルを付着させることによって、タンパク質含有ヒドロゲルをポリマー支持体に結合することを含む。好ましい実施形態では、活性化ガス処理はプラズマガス処理であり、ヒドロゲル中のタンパク質は加水分解ウシ血清アルブミン、加水分解ダイズ、カゼイン、加水分解エンドウアルブミン(pea albumin)および加水分解卵白アルブミンからなる群から選択される。より好ましい実施形態では、プラズマガスは、窒素およびアンモニア、および/または他のガスとのその混合物からなる群から選択されるガスを含む。
【００２１】
さらにより好ましい実施形態では、タンパク質含有ヒドロゲルはさらに活性化ポリエチレングリコール(PEG)を含む。
【００２２】
他の実施形態では、支持体はゴムおよびプラスチックポリマーからなる群から選択される。支持体がプラスチックポリマーである場合、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド、エチルビニルアセタート、ポリエステル、コポリエステル、ポリ塩化ビニル(PVC)、ナイロン、アセタール、ポリスルホン(PS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、テフロン(登録商標))、およびポリメチルメタクリレートからなる群から選択されることが好ましく、支持体がゴムである場合、ネオプレンおよびニトリルからなる群から選択されることが好ましい。
【００２３】
1つの実施形態では、本発明での処理を約10-4〜約760トールの範囲の使用圧力で実施する。好ましい実施形態では、使用圧力は約10ミリトールから1トールである。
【００２４】
本発明は、予め形成されたヒドロゲルを施用する支持体表面を、予め形成されたヒドロゲルに接着するように活性化ガスで処理することによって改変しておいた、予め形成されたヒドロゲルに結合したポリマー支持体を含むヒドロゲル製品をさらに説明する。好ましい実施形態では、予め形成されたタンパク質含有ヒドロゲルと接している支持体は、少なくとも約0.5の窒素/酸素原子比を有する。他の好ましい実施形態では、予め形成されたタンパク質含有ヒドロゲルは、加水分解ウシ血清アルブミン、加水分解ダイズ、カゼイン、加水分解エンドウアルブミンおよび加水分解卵白アルブミンからなる群から選択されるタンパク質を含有し、タンパク質含有ヒドロゲルに接している支持体表面は活性化ガス処理に曝露されていて、活性化ガスは窒素およびアンモニアからなる群から選択されるガスを含み、タンパク質含有ヒドロゲルはさらに活性化ポリエチレングリコールを含む。さらに好ましい実施形態では、支持体はゴムおよびプラスチックポリマーを含む群から選択される。支持体は、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド、エチルビニルアセタートおよびコポリエステルからなる群から選択されるプラスチックポリマーであることが好ましい。
【００２５】
本発明のタンパク質含有ヒドロゲル製品は、物体、食品および組織を覆いかつその水分を保存するための層として、活性成分送達システムとして、ならびに診断用の手段としての使用を含む多くの応用分野で使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本明細書では、「活性成分」という用語はヒドロゲル中に導入することが望ましい任意の物質を含むことを意味する。この定義の一般性を限定するものではないが、薬剤として活性な成分、染料、診断用反応物、化粧品用および薬用化粧品成分、培地成分などを含むことを意味する。
【００２７】
本明細書では、「支持体」という用語は、本発明の方法および製品によるヒドロゲルを結合することができる、任意の性質、形態および厚さの任意の材料を意味する。上記で与えられた定義を限定するものではないが、それには、フィルム、管、層などの形態のポリマーおよびゴムが含まれる。
【００２８】
本明細書では、「ヒドロゲル」という用語は、本発明の方法および製品によって使用することができる、任意の性質、形態および厚さの任意のヒドロゲルを意味する。
【００２９】
本明細書では、「予め形成されたヒドロゲル」という用語は、支持体へ施用する前に形成されている任意のヒドロゲルを指すことを意味する。
【００３０】
本明細書では、「活性化ガス」という用語は、正に荷電した粒子および/または負に荷電した粒子および/またはイオンおよび/またはガス分子、フラグメントもしくは遊離基を含むことができるように、放電にかけられた任意のガスまたは蒸気を意味する。
【００３１】
本明細書では、「熟成時間」という用語は、支持体の活性化ガス処理の終了時と、処理した支持体にヒドロゲルを施用する時点との間の経過時間を指すのに使用する。
【００３２】
本明細書では、「結合」という用語およびその派生語は、共有結合、物理吸着および化学吸着などの吸着、配位子/受容体の相互作用、水素結合、イオン結合、機械化学的結合(mechemical interlocking)または界面混合を含む。
【００３３】
本発明の他の目的、利点および特徴は、添付図面を参照しないと例証されない、好ましい実施形態の以下の非制限的な記載を読めばより明らかになるであろう。
【００３４】
活性化ガス処理は、材料の表面を変化させるために知られている方法である(MittalおよびPizzo、1999年)。これは放電を使用する。放電の周波数はそれほど重要ではない。例えば、ガスは、直流放電あるいは低周波から無線周波およびマイクロ波周波数までの範囲の周波数を有する放電によって活性化させることができる。放電で活性化されたガスをプラズマと称する。本発明によれば、他の周波数を使用することもできる。電気的な力は、ガス相中の原子および分子、および得られるその種(正または負のどちらにも荷電し、物理的および化学的に活性化されている)に伝達され、それによって、曝露された処理材料の表面と相互に作用することができる活性化ガスが形成される。
【００３５】
この相互作用により、処理した材料の表面に様々な改変、すなわち、処理した表面上での化学的に活性な基の生成、表面上に形成される電荷の増大、表面エネルギーの増大がもたらされる。これは、より高い湿潤性(疎水性/親水性)、化学的慣性、粗度、および活性化ガス処理の結果起こりうる他の表面改変をもたらすことができる。
【００３６】
生成する化学的に活性な基の性質は、処理で使用するガスの性質などのさまざまな因子によって決まる。例えば、窒素またはアンモニア、あるいは他のガスとのその混合物を使用した場合、-NH2、-NH-、-C-N、-C=NおよびC≡N、およびO=C-Nなどの官能基部分を、プラズマ処理に曝露された材料の表面上に生成させることができる。酸素などの他のガスは、ヒドロキシル(OH-)、カルボキシル(-COO-)、カルボニル(C=O)、エポキシまたはエステル(O=C-O-C)などの負に荷電した官能基部分を生成させることができる。
【００３７】
したがって、本発明は支持体がヒドロゲルに結合できるようにその接着力(adhesive power)を増大させるための活性化ガス処理の使用を提案する。実際、ほとんど全てが水で構成されたヒドロゲルを、活性化ガスで処理された支持体に結合することができることを見出した。
【００３８】
本明細書で曝露した結果は、特定の種類のヒドロゲル(タンパク質含有ヒドロゲル)を参照するが、本発明はそれに限定されるべきではない。実際、あるヒドロゲルが、活性化ガスで処理した支持体に結合することができることが一旦示されても、他のヒドロゲルが同様には機能しないだろうと考える理由はない。同様に、活性ガスの形成に関係するパラメータの窓は非常に広く、圧力、励起周波数、出力レベル、出力印加の方法、反応器の構造その他が含まれる。
【００３９】
しかし、本発明の具体的な実施形態では、タンパク質を2重量%しか含有しないタンパク質含有ヒドロゲルを使用した。これらのヒドロゲルは、十分に荷電していて、活性化ガス処理した支持体に容易に結合することが示された。タンパク質は正および負の電荷を有している。しかし、米国特許第5,733,563号に記載されているものなどのタンパク質含有ヒドロゲル中のタンパク質の正の電荷は、同様にそのヒドロゲル中に含まれているポリマーによって使われると考えられる。したがって、結果としてタンパク質の残留電荷は負である。
【００４０】
したがって、本発明の好ましい実施形態では、ヒドロゲルは水溶性ポリマー、およびアルカリ溶液に溶解性の加水分解タンパク質からなる。
【００４１】
本発明によって使用される支持体は限定されない。例えば、プラスチックス、コポリマーおよびゴムなどのポリマーは、それを本発明の好ましい実施形態のための支持体として有用にするのに必要な特徴を有している。これらは、良好な機械的諸特性、十分な引張強さ、延性を有しており、耐磨耗性がありかつ安価である。
【００４２】
本発明で使用できるプラスチックポリマーの性質に制限はない。試験では、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド、エチルビニルアセタート、PVC、ポリカーボネート、コポリエステル、および例えばセルロースなどの天然高分子を、本発明の方法によって、ヒドロゲルに結合し得ることが示された。ヒドロゲルに結合するように、任意のプラスチックポリマーを本発明の方法によって処理することができると考えられる。したがって、使用する特定のプラスチックポリマーの選択は、本発明のヒドロゲル製品をそのために試みようとする、具体的な用途によってのみ方向付けされる。
【００４３】
処理した支持体をヒドロゲルに接合すると、処理パラメータに応じて、異なるレベルの接着をもたらすことが観察された。結合が完全である場合、接合が非常に強力なので、ヒドロゲルを破壊させずにそれを支持体から取り除くことは不可能である。処理された支持体とタンパク質含有ヒドロゲルとの間に生じる相互作用は不可逆であることも見出した。
【００４４】
本発明の具体的な実施形態では、ある種の要素が、処理された支持体の接着力の一様性に1つの役割を果たしていることもさらに観察された。本発明に関連して実施した実験では、どの要素も、支持体の接着性の低下した表面との間に明確な相関性を示さなかったが、これらの実験は、考えられる原因としてある種の要素を示しているようである。処理した支持体表面の接着の程度は、概ね支持体の熟成時間と共に減少することが観察された。支持体上の荷電した官能基部分が支持体表面から支持体内部へ徐々に移動し、それによって、支持体の接着力が減少すると仮定した。処理した支持体の操作、空気の汚染、平らでない支持体表面、およびヒドロゲルの表面上の残留水分などの、他の要素も処理支持体の接着性の損失に役割を果たしている可能性がある。
【００４５】
ここで、これらに限定されないが、以下の実施例によって、様々な本発明の実施形態をどのように実施したかをさらに詳細に示すこととする。
【００４６】
実施例１
プラズマ処理装置
本発明の方法による支持体表面改変を、カナダのケベック州モントリールのEcole Polytechnique of Montrealで利用できるプラズマ処理装置を使用して実施した。
【００４７】
この装置は電源装置と処理チャンバーとを備える。そのチャンバーに、選択されたガスが導入され、1種または複数の励起源の動作によって、ガスがプラズマに変換される。次いで、プラズマ域で、処理しようとする支持体表面とプラズマが接触する。
【００４８】
この装置は、三種類の励起源、すなわち、マイクロ波、無線周波および二重周波数によってプラズマを発生させることができる。二重周波数は、無線周波およびマイクロ波信号の同時使用を含む。本明細書でその結果を示した実験で用いたマイクロ波および無線周波信号の具体的な周波数は、それぞれ、2.45GHzおよび13.56MHzであった。こうした特定の周波数は実際的な理由のみで選択した。ある種の周波数は遠距離通信に確保されており、無線周波数用は発生させるのがより高価である。他の周波数も適切に使用することができたはずである。
【００４９】
処理する支持体の前に位置する石英ガラスを通して、マイクロ波出力を処理チャンバーに伝送し、同時に、支持体用の支持体としても働く電極を用いて無線周波信号を伝送した。支持体の過熱を避けるために、好ましいことであるが、処理を行う間電極を水で冷却した。ガスは全周波数で効率的に活性化させることができた。
【００５０】
本発明の具体的な実施形態に関連して実施した種々の実験の間、使用圧力を60〜600ミリトールに調節し変化させた。こうした条件下で、チャンバー中の残圧は1ミリトール未満であった。同様の結果を得るのに、使用圧力は10-4〜760トールの範囲のどこでも妥当であると考えられる。マイクロ波出力は数十から数百ワットの間で変化させ、一方無線周波は、10〜数百ボルトの一定した自己バイアス電圧を保持するように調節した。
【００５１】
この装置で本発明の方法による2種類の曝露を試みた。1)回分処理、および2)連続処理によりポリマーをプラズマに曝露した。
【００５２】
回分処理では、所望のサイズのポリマー片を切り出し、各ポリマー片をプラズマ域内の基板ホルダー電極上に置き、選択した滞留時間それらをプラズマに曝露した。
【００５３】
連続処理では、支持体用としての柔軟性のあるポリマーフィルムをチャンバーを通して搬送させるために、ロールシステムを使用した。このロールシステムは、最大で30cm幅を有するフィルムを支持することができた。
【００５４】
選択した速度で、フィルムをコンベヤでプラズマ域に移動させた。フィルムをプラズマ域内でアンロールさせるその速度によって、プラズマ中の滞留時間が決まる。過熱を避けるために滞留時間を制限することが有利である。
【００５５】
本明細書でその結果を示す実験において、様々なガスまたは混合ガスを使用した。すなわち、アンモニア、窒素、酸素、空気、ならびにアルゴンと窒素、アルゴンとアンモニア、ヘリウムと窒素、ヘリウムとアンモニアの混合物を使用した。これらのすべてのガスおよび混合ガスは、酸素以外は、ヒドロゲルに結合するように支持体を改変できることが観察された。
【００５６】
活性化された高純度酸素が、なぜ支持体をタンパク質含有ヒドロゲルに結合するように効果的に改変できないかという理由を、以下のように説明できると仮説をたてた。活性化酸素によって生成する負に帯電した官能基は、負に帯電したタンパク質含有ヒドロゲルと相容れない。活性化高純度酸素は、タンパク質含有ヒドロゲルに結合するように支持体を改変するのに効果的ではなかったが、酸素含量のずっと少ない活性化空気は効果的であった。このことは、活性化酸素の使用自体はタンパク質含有ヒドロゲルに対して処理支持体が接着性であることを妨害せず、ただ活性化ガス中の酸素濃度が過剰であるということだけがそうした効果をもたらすことを示しているようである。したがって、タンパク質含有ヒドロゲルを結合する支持体を作製するために、酸素も本発明による活性化ガス中で適切に使用することができる。本発明の趣旨を逸脱することなく、支持体を、負に帯電した酸素含有官能性部分とより適合性のある他の種類のヒドロゲルを結合するように改変するために、酸素を使用できることも明らかである。
【００５７】
処理した支持体上にヒドロゲル層を付着させそこに短時間保持した後に、支持体のヒドロゲルへの接着力を評価した。まず接着力を「一様」、「部分」および「残余」と記した。ヒドロゲルの、実質的に全表面(＜80%)、表面の一部(25〜80%)および表面のごく限られた部分(＜25%)が、処理された支持体に結合している場合、それぞれ、「一様接着」、「部分接着」および「残余接着」という表現を用いた。処理された支持体に結合しているヒドロゲルの部分は、不可逆的に結合していることが観察された。こすり取ることによってでしか、ヒドロゲルを支持体から除くことができなかった。
【００５８】
種々の貯蔵条件で、処理した支持体の熟成時間を測定した。用いた貯蔵のタイプ(自由大気、真空および窒素雰囲気)は、接着力に影響を与えるようであった。
【００５９】
処理表面上の窒素/酸素の表面濃度比が0.5未満であることと、タンパク質含有ヒドロゲルに適用した場合に接着力により一様性のない、あるいは接着力がないことと相関性があることが、処理支持体表面上で行ったX線光電子分光分析法(以下「XPS」と称する)によって示された。
【００６０】
実施例２
ヒドロゲルの調製
ポリエチレングリコール(PEG)ジニトロフェニルカーボネートの粉末を、約5〜約15重量/容積%の範囲の濃度を有する加水分解タンパク質溶液(蒸留水中)と混合した。この混合液をPEG粉末が全て溶解するまで強く撹拌した。強塩基(NaOH、KOH、LiOH、RbOH、CsOHなど)または有機塩基を混合物に加えた。
【００６１】
混合物を重合してヒドロゲルを形成させた後(加えた塩基の容積に応じて、塩基添加後5〜120分間)、リン酸塩などの緩衝液10mM、pH7.4で洗浄し二次的な生成物を除去した。次いで、ヒドロゲルを活性成分溶液中で平衡化させた。次いでヒドロゲルを乾燥し残留する過剰の水を除去した。過剰の水は、吸収用ペーパーを15分間使用し、さらに工業用ドライヤーを使用して除去することができた。
【００６２】
本明細書でその結果を示した、PEG-ダイズヒドロゲル、PEG-BSAヒドロゲル、およびPEG-PAヒドロゲルを作製するのに使用したタンパク質溶液は、それぞれ、加水分解ダイズタンパク質、加水分解ウシ血清アルブミン(BSA)および加水分解エンドウアルブミン(PA)であった。
【００６３】
実施例３
ポリエチレンの回分処理によるプラズマ処理
100〜200μm厚を有する食品グレードのポリエチレンフィルムを、マイクロ波で発生させたプラズマガスに曝露した。これらのポリエチレンフィルムを、異なる滞留時間で、アンモニア、窒素および酸素などの種々のガスのプラズマに曝露した。指定した条件で処理したポリエチレンフィルムサンプルの接着力を、3種類のタンパク質含有ヒドロゲルについて試験した。すなわち、ポリエチレングリコール4,6K-ウシアルブミン血清ヒドロゲル[以下「PEG-BSA4,6K」と称する]、ポリエチレングリコール8K-エンドウアルブミンヒドロゲル[以下「PEG-PA8K」と称する]、およびポリエチレングリコール8K-ダイズグロブリンヒドロゲル[以下「PEG-SOYA8K」と称する]である。これらのヒドロゲルを、上記の実施例2で記載した方法によって調製した。
【００６４】
アンモニア
アンモニアプラズマで、15秒および6秒の滞留時間処理したポリエチレンフィルムは、処理(T=0)後直ちにPEG-BSAに一様に結合した。フィルム上にPEG-BSAを塗布後5秒間で接着が観察された。接触後30秒間でフィルムはPEG-PA8Kに一様に結合した。
【００６５】
支持体を有するヒドロゲルを25℃で16時間貯蔵し、イオン性緩衝液中でリンスした後でもなお、この一様な接着が観察された。
【００６６】
窒素
プラズマで3秒間の滞留時間で処理したポリエチレンフィルムは、処理(T=0)後直ちにPEG-BSAに一様に結合した。フィルム上にPEG-BSAを塗布後5秒間で接着が観察された。フィルムは、接触後30秒間でPEG-PA8Kに一様に結合した。同様に開放空気雰囲気で25℃の貯蔵条件で16時間熟成したが、処理したポリエチレンフィルムは、ヒドロゲルにわずかしか接着しなかった。
【００６７】
酸素
酸素プラズマで10秒間の滞留時間で処理したポリエチレンフィルムは、処理(T=0)直後は接着を示さなかった。接触後16時間でわずかな接着が観察された。
【００６８】
処理したポリエチレン支持体の接着特性と熟成時間との間に逆相関が観察された。開放空気雰囲気で25℃の貯蔵条件で16時間熟成した処理済ポリエチレンフィルムは、ヒドロゲルへの残余接着を示しただけであったが、これに対し、これらの処理済支持体では、処理(T=0)後直ちに一様な接着が観察された。
【００６９】
実施例４
ポリエチレンテレフタレートの回分処理
13μm厚および100μm厚を有するポリエチレンテレフタレート(以下「PET」と称する)のシートを、3つの励起源(マイクロ波、無線周波、およびマイクロ波と無線周波を同時に)によって発生させた種々のガスまたは混合ガス(窒素、アンモニア、酸素、アルゴン、ヘリウム、空気、アルゴン-窒素、ヘリウム-窒素、ヘリウム-アンモニア、アルゴン-アンモニア)のプラズマに曝露させた。
【００７０】
マイクロ波出力は50〜400ワットで変化させた。無線周波出力は、10〜750Vの負の基板バイアス電圧に相当する5〜600ワットで変化させた。使用圧力は20〜500ミリトールで変化させた。ガス流量は20〜60標準cm3/分(sccm)で変化させた。ポリマーシートを3秒〜2分間と時間を変化させてプラズマに曝露した。
【００７１】
以下の表1は、サンプル1〜98の処理を実施した条件の例を示す。
【００７２】
【表１Ａ】
2004526025.tif 000002
【表１Ｂ】
2004526025.tif 000003
【００７３】
上記の表1で示した条件では、高純度酸素プラズマで処理した支持体以外、処理した支持体はすべて、タンパク質含有ヒドロゲルへの接着力を示した。結果はさらに、プラズマガスとして、窒素またはアンモニアにヘリウムまたはアルゴンなどの不活性ガスを加えても、処理済支持体の接着はそれほど向上しないことを示した。詳細な接着およびXPSの結果を、表1に示した条件で処理した支持体の代表的な例をつけて、以下の表3および5に示す。
【００７４】
実施例５
PETの連続処理加工
30〜100sccmの範囲の流速で、200ミリトールの圧力で30〜400ボルトの範囲のバイアス値をもたらす無線周波出力で、50μm厚のPETロールを窒素プラズマに曝露した。
【００７５】
以下の表2はサンプル99〜120の処理を実施した条件を示す。そのサンプルについて、その表面上での窒素/酸素比をXPSで測定した。
【００７６】
【表２】
2004526025.tif 000004
【００７７】
上記の表2で示した条件では、処理した支持体すべてがタンパク質含有ヒドロゲルへの接着力を示した。表2に記載の条件により処理した支持体の代表的なサンプルについて、接着およびXPSの詳細な結果を以下の表4および6にまとめて示す。
【００７８】
ポリエチレングリコールならびに8K-ダイズグロブリンタンパク質(以下「PEG-SOYA」と称する)、PEG-PAおよびPEG-BSAからなるヒドロゲルで、PETのサンプルの接着特性を、開放大気条件で貯蔵して、様々な熟成時間で分析した。
【００７９】
処理支持体上にヒドロゲル層を付着させることによって、ヒドロゲルとPETフィルムの結合を簡単に実現することができた。望ましいサイズの商品名MYLAR(商標)のPET片を切り出し、それを表面の過剰の水を除去したヒドロゲル層上に付着させた。
【００８０】
ヒドロゲルが支持体に結合すると、その結合は不可逆であることが観察された。
【００８１】
実施例６
プラズマ処理支持体の接着力対熟成
PET支持体の接着特性対熟成時間を、PEG-BSA、PEG-PAおよびPEG-SOYAについて、3つの異なる貯蔵条件、すなわち、自由空気雰囲気、真空デシケータおよび窒素雰囲気で試験した。
【００８２】
以下の表3に、処理済PET支持体の代表的サンプルの、異なる熟成時間での接着力を示す。これらの表で、処理番号は上記の表1で定義したサンプルに対応する。
【００８３】
【表３Ａ】
2004526025.tif 000005
【表３Ｂ】
2004526025.tif 000006
【００８４】
これらの結果は、処理した支持体の熟成時間が0〜2日間である場合、3つの種類のヒドロゲル、すなわち、PEG-SOYA、PEG-PAおよびPEG-BSAでの接着力は、ほぼ一様であり、かつ、概ね時間と共にその一様性が減少することを示している。
【００８５】
以下の表4は、PEG-SOYAに0日および5日の熟成時間を適用した場合の、他の代表的処理PETフィルムのサンプルの接着力を示す。この表で、処理番号は上記の表2で定義した処理サンプルの処理番号に対応する。
【００８６】
【表４】
2004526025.tif 000007
【００８７】
これらの結果も、処理した支持体の熟成時間が0〜2日間である場合、3つの種類のヒドロゲル、すなわち、PEG-SOYA、PEG-PAおよびPEG-BSAでの接着力は、ほぼ一様であり、かつ概ね時間と共に一様性が減少することを示している。
【００８８】
実施例７
X線光電子分光分析法
処理した支持体の接着特性とその表面上の種々の原子の性質および比率との相関を明らかにするために、処理済PETフィルムの選択したサンプルについてXPSを実施した。
【００８９】
下記の表5および6に代表的な例についてのXPSの結果を示す。表5はさらに、様々な条件、すなわち、自由大気、窒素雰囲気、および真空で貯蔵したサンプルについてのXPSの比較結果を示す。これらの表で、処理番号は上記の表1でそれぞれ定義したサンプルに対応する。
【００９０】
【表５】
2004526025.tif 000008
【００９１】
【表６】
2004526025.tif 000009
【００９２】
以下の表7は、PEG-SOYAヒドロゲルを施用した場合の、処理済PETの代表的サンプルの接着力と、XPSで測定したその表面の窒素/酸素比を示す。この表で、処理番号は上記の表1および2でそれぞれ定義したサンプルに対応する。
【００９３】
【表７】
2004526025.tif 000010
【００９４】
これらの結果は、支持体の処理表面上の窒素/酸素比と、そのフィルムの接着特性との間の相関を示す。実際は、XPS分析で0.5超の窒素/酸素比を示した処理済支持体はすべて概ね一様な接着力を示したが、窒素/酸素比が0.5未満の処理支持体の接着は不良であった。
【００９５】
実施例８
剥離試験で測定した接着力
処理したポリマーとヒドロゲルとの間の接着力を定量化するために、1インチ(2.5cm)×2インチ(5.1cm)×0.1インチ(0.25cm)のヒドロゲルサンプルを、2枚の活性化ポリマーの間に置いて剥離試験測定を実施した。すなわち、ヒドロゲルから支持体を分離する、あるいはヒドロゲルを破壊する(接着破壊または凝集破壊)のに必要な力として接着力を測定した。例として、ポリプロピレン(PP)ポリマー支持体とPEG-SOYAヒドロゲルとの間の接着力を測定した。以下の表8は、窒素プラズマ(連続形式でのRFプラズマ)を用いた異なる処理時間についての結果を示す。実験条件は次の通りであった。窒素流量:100sccm、圧力:180ミリトール、rfバイアス:-300V。
【００９６】
【表８】
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【００９７】
4秒間の短い処理でも20倍の接着力の増加をもたらす。これは大部分の用途で許容される値であると考えられる。5倍の長さの処理時間で、接着力をさらに50%増加させ、その時点でヒドロゲルに粘着破壊が起きる。例えば異なるRF出力、圧力などを用いて、より短い処理時間でも接着性の増加を得るのに十分な条件を、明確に特定することができた。
【００９８】
我々はまた、活性化した支持体にヒドロゲルを施用した後、サンプルを周囲空気中に貯蔵している間の時間の関数として、接着力を定量的に評価した。PP/PEG-SOYA系での結果を表9にまとめて示す。
【００９９】
【表９】
2004526025.tif 000012
【０１００】
時間とともに接着力が著しく増加していることが分かる。これは相乗的に作用する2つの効果に関係している可能性がある。第1は、ゲル表面が乾燥するとより多くの共有結合部分が利用可能となり、それによって、より強い接着力がもたらされる。第2は、水分を失うことによりゲル自体がより硬くなるので、ヒドロゲルの接着を破壊するのにより強い力が必要となる。
【０１０１】
他の実験では、支持体に結合した際、ヒドロゲルを放置して完全に乾燥させた。その乾燥したヒドロゲルを、ヒドロゲルをしっかりと支持体に結合したまま、その元の水分含量まで再水和させることができることを見出した。
【０１０２】
以上、本発明をその好ましい実施形態により記述してきたが、添付の特許請求の範囲に定義する、主題の発明の趣旨、範囲および性質から逸脱することなく改変することができる。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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