(57)【要約】本発明は、誘電性材料を被覆するための燐含有ポリマー、その製造法および該燐含有ポリマーの使用、ならびに該ポリマーからなる被覆物を有する光学的シグナル変換器およびその使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＩまたはＩＩ、
Ｐ（Ａ）ｍ（Ｆ）ｎ１（Ｕ）ｏ１          （Ｉ）
Ｐ（Ａ）ｍ（ＵＦｎ２）ｏ２              （ＩＩ）
〔式中、
Ｐは、直鎖状または分枝鎖状の架橋されていないかまたは架橋されたホモポリマーまたはヘテロポリマーのポリマー成分を表わし、
Ａは、同一かまたは異なる、Ｐに結合した燐含有基を表わし、
ｍは、３〜約１０００の数を表わし、
Ｆは、Ａ以外に存在する、同一かまたは異なる、直接的または間接的にＰに結合した官能基を表わし、
ｎ１は、１〜約１０００の数を表わし、
ｎ２は、１〜約１００の数を表わし、
Ｕは、同一かまたは異なる、Ｐに結合した直鎖状または分枝鎖状の架橋されていないかまたは架橋された、同一かまたは異なるモノマーから構成されたオリゴマーまたはポリマーのセグメントを表わし、
ｏ１は、０〜約１０００の数を表わし、
ｏ２は、１〜約１０００の数を表わす〕で示される、誘電性表面の被覆に適した燐含有ポリマー。
【請求項２】
燐含有基Ａを０．００１〜１ｍＥｑ（ミリ当量）、有利に０．０１〜５ｍＥｑ、殊に０．１〜３ｍＥｑの量で含有する、請求項１記載のポリマー。
【請求項３】
官能基Ｆを０．００１〜２０ｍＥｑ、有利に０．０１〜１０ｍＥｑ、殊に０．５〜１０ｍＥｑの量で含有する、請求項１または２に記載のポリマー。
【請求項４】
セグメントＵを０．００１〜２０ｍＥｑ、有利に０．０１〜１０ｍＥｑ、殊に０．５〜１０ｍＥｑの量で含有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項５】
ポリマーが１０００〜１０００００００ｇ／モル、有利に２１００〜１００００００ｇ／モル、特に有利に５０００〜５０００００ｇ／モル、極めて有利に５０００〜３０００００ｇ／モル、殊に１００００〜１５００００ｇ／モルの平均分子量を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項６】
ポリマー成分Ｐがランダム共重合体またはブロック共重合体である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項７】
ポリマー成分Ｐが親水性である、請求項１から６までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項８】
燐含有基Ａを１〜６個の同一かまたは異なる、燐含有基を有するスペーサーを含有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項９】
共有結合、配位結合または生化学的認識反応を生じる官能基Ｆを含有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項１０】
官能基Ｆを架橋剤と一緒に含有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項１１】
セグメントＵが１００〜１００００の分子量または平均分子量を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項１２】
基またはセグメントＵが親水性である、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のポリマー。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーの製造法において、
（Ａ）燐含有基Ａを有するモノマー、または同一かまたは異なる燐含有基Ａを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーを
（Ｂ）官能基Ｆを有するモノマー、または同一かまたは異なる官能基Ｆを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーおよび
（Ｃ）場合によってはセグメントＵを有するモノマー、または同一かまたは異なるセグメントＵを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーと共重合することにより式Ｉのポリマーに変えるか、或いは
（Ｂ′）式ＩＩによる単位（ＵＦｎ２）ｏ２を有するモノマー、または式ＩＩによる式（ＵＦｎ２）ｏ２の同一かまたは異なる単位を有する、多数の同一かまたは異なるモノマーと共重合することにより式ＩＩのポリマーに変えることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーの製造法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーの製造法において、
（ｉ）ポリマー成分Ｐを形成させかつ官能基Ｆとして適した、同一かまたは異なる官能基、有利にヒドロキシ基、カルボキシ基、カルボキシ基の誘導体および／またはアミン基を有するポリマーを製造し、
（ｉｉ）官能基の一部分を反応させ、同一かまたは異なる燐含有基Ａに変え、
（ｉｉｉ）場合によっては官能基の一部分を反応させ、同一かまたは異なるセグメントＵに変え、この場合、工程（ｉｉｉ）は、工程（ｉｉ）の後、前または間に実施されることができ、工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）においては、全ての官能基が反応される訳ではなく、反応されなかった官能基は、ポリマーの官能基Ｆを形成することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーの製造法。
【請求項１５】
工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）において反応されなかった官能基を部分的または完全に、同一かまたは異なる１つ以上の架橋剤と反応させ、官能基Ｆに変える、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
誘電性材料、殊に誘電性導波管を被覆するための請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーの使用。
【請求項１７】
ポリマーをＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２またはＡｌ２Ｏ３、有利にＴｉＯ２またはＴａ２Ｏ５からなる誘電性材料、殊に誘電性導波管の被覆のために使用する、請求項１６記載の使用。
【請求項１８】
被覆された誘電性導波管を有する光学的シグナル変換器において、被覆が請求項１から１２までのいずれか１項に記載のポリマーからなることを特徴とする、被覆された誘電性導波管を有する光学的シグナル変換器。
【請求項１９】
化学的認識要素および／または生化学的認識要素を固定化するための請求項１８記載の被覆された誘電性導波管を有する光学的シグナル変換器の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、誘電性材料を被覆するための燐含有ポリマー、その製造法および該燐含有ポリマーの使用、ならびに該ポリマーからなる被覆物を有する光学的シグナル変換器およびその使用に関する。
【０００２】
誘電性材料は、生体官能化および化学官能化のため、即ち化学的認識要素および／または生化学的（（生体）化学的）認識要素、例えば受容体、抗体、ＤＮＡ等を多官能性ポリマーの表面に固定化しうるという目的をもって多官能性ポリマーで被覆される。このように被覆された誘電性材料、例えば被覆された誘電性導波管は、シグナル変換器（トランスデューサー）として使用され、例えばこのシグナル変換器は、知覚性においてバイオセンサーまたは化学センサーの場合に使用されている。
【０００３】
シグナル変換器および認識反応により分析物を定性的または定量的に検出することができる装置は、バイオセンサーまたは化学センサーと呼称されている。一般的には、所謂分析物を所謂認識要素と特異的に結合させること、または反応させることは、認識反応と呼称されている。認識反応の例は、複合体へのリガンドの結合、イオンの複合化、（生物学的）受容体、膜受容体またはイオンチャネルへのリガンドの結合、抗体への抗原またはハプテンの結合、酵素への基質の結合、一定のタンパク質へのＤＮＡまたはＲＮＡの結合、ＤＮＡ／ＲＮＡ／ＰＮＡのハイブリダイズまたは酵素による基質のプロセッシングである。分析物は、次のものであることができる：イオン、タンパク質、天然または合成の抗原またはハプテン、ホルモン、サイトカイン、単糖類およびオリゴ糖類、代謝産物、または診断学において使用される別の生化学的マーカー、酵素基質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、潜在的な作用物質、医薬品、細胞、ウィルス。認識要素のための例は、次の通りである：金属／金属イオンのための複合体形成剤、シクロデキストリン、クラウンエーテル、抗体、抗体断片、アンチカリン（Ａｎｔｉｃａｌｉｎｅ１）、酵素、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＤＮＡ／ＲＮＡ結合タンパク質、酵素、受容体、膜受容体、イオンチャネル、細胞付着タンパク質、ガングリオシド、単糖類またはオリゴ糖類。
【０００４】
これらのバイオセンサーまたは化学センサーは、分析物を定性的および／または定量的に測定するために、環境分析、食物分野、ヒト診断学および獣診断学ならびに植物保護において使用されることができる。認識反応の特異性は、複合体試料中、例えば環境空気、汚染水または体液中の分析物を早期の清浄化なしにかまたは僅かにのみ早期の清浄化をもって定性的または定量的に測定することをも可能にする。付加的に、バイオセンサーまたは化学センサーは、（生体）化学的研究および作用物質試験において、２つの異なる物質間（例えば、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡまたは生物学的活性物質とタンパク質との間）の相互作用を試験するために、使用されてもよい。
【０００５】
バイオセンサーまたは化学センサーへのシグナル変換器との認識反応の組み込みは、認識要素または分析物をシグナル変換器の表面上に固定化することにより行なうことができる。媒体の光学的性質は、認識反応、即ち分析物と認識要素との結合または反応によって、シグナル変換器の表面上で直接変化し（例えば、光学的屈折率、吸収率、蛍光、燐光、発光等）、このことは、シグナル変換器から測定信号に変換される。
【０００６】
光学的導波管は、１種のシグナル変換器であり、この場合には、導波層、典型的には誘電体上で制限される媒体の光学的性質の変化を検出することができる。光を案内モードとして導波層中に輸送する場合には、光の場は、媒体／導波管の境界面で突然に低下するのではなく、導波管に隣接する、所謂検出媒体中で指数的に次第に低下する。この指数的に低下する光の場は、エバネッセント場と呼称されている。屈折率が隣接する媒体の屈折率とできるだけ著しく異なる極めて薄手の導波管を使用する場合には、２００ｎｍ未満のエバネッセント場の低下の長さが達成される（強度は、１／ｅの値に低下する）。導波管に隣接する媒体の光学的性質（例えば、屈折率の変化２、３、発光の変化４、５、６等）がエバネッセント場内で変化する場合には、これは、適当な測定構造によって検出されることができる。この場合、バイオセンサーまたは化学センサー中でのシグナル変換器としての導波管の使用にとって決定的なことは、媒体の光学的性質の変化が導波管の表面上に極めて隣接してのみ検出されることである。即ち、認識要素または分析物が導波管の境界面上で固定化される場合には、認識要素上への結合または認識要素の反応は、表面感作的に検出されることができ、この場合には、境界面上での検出媒体（液状、固体、ガス状）の光学的性質は、導波管に対して変化する。
【０００７】
光学的導波管をバイオセンサーまたは化学センサーとして使用する場合には、導波管と検出媒体との境界面に高度な要件が課される：
・  認識反応の反応条件下で導波管と検出媒体との境界面は、安定性でなければならない。
【０００８】
・  認識要素は、導波管のエバネッセント場の飛程内で固定化されていなければならない。
【０００９】
・  認識反応の反応条件下で認識要素の固定化は、安定性でなければならない。
【００１０】
・  認識要素の機能性は、固定化後もなお存在していなければならない。
【００１１】
・  特異的な認識反応のみがシグナル変換器によって検出されるようにするために、導波管と検出媒体との境界面での全ての種類の非特異的な結合は、抑制されなければならない。
【００１２】
導波管の表面上には、多種多様な方法で認識要素が固定化されることができる。これは、例えばシグナル変換器表面上への認識要素の物理的収着によって行なうことができる。クラークおよびルーコス（Ｃｌｅｒｃ ａｎｄ Ｌｕｋｏｓｚ７）は、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２導波管表面上でのアビジンの物理的収着を記載している。第２の工程で高度の親和性のアビジン−ビオチン結合を利用しながらビオチニル化された抗体を、こうして施こされたアビジン層上に固定化することができる。導波管上での認識要素のこの固定化法の欠点は、物理的収着されたアビジン層が不安定性であることである。反応条件の変化、例えば温度変化、ｐＨの変化、洗剤の添加等は、アビジン層の脱着、ひいては抗体の脱着をまねきうる。
【００１３】
認識要素は、共有結合で導波管の表面に結合されていてもよい。このための１つの可能性は、導波管表面との共有結合を生じる二官能性シランである８。更に、このシラン中で第２の官能基上には、認識要素、例えばタンパク質またはＤＮＡが結合されていてよい９。この二官能価シランは、極めて反応性であり、導波管表面上への共有結合の場合には、反応性シランの加水分解を阻止するために、絶対乾燥の反応条件下で作業されなければならない。導波管表面上への前記シランを介しての認識要素の結合は、酸性、中性および弱塩基性の条件下で安定性である。しかし、９を上廻るｐＨ値の場合には、シランの加水分解を生じる可能性があり、このことは、表面の認識要素の脱着をまねきうる。更に、この固定化法の欠点は、こうして機能化された導波管表面上へのタンパク質、例えばアルブミンの比較的高い非特異的な吸着にある１０。
【００１４】
この導波管表面上への非特異的な結合は、認識要素の結合後に第２の工程でブロック剤、例えばポリエチレングリコール１１を表面上に結合させることにより減少させることができる。
【００１５】
選択的に、先にシラン化された導波管表面上への親水性ポリマー、例えばポリアクリルアミド、デキストラン、ポリエチレングリコール等の結合も記載されている１２。このポリマーは、表面上へのタンパク質の非特異的な結合を最少化するという課題を有している。この場合、認識要素は、他の工程でこのポリマーに共有結合される。この表面官能化の際に問題となるのは、表面上での認識要素の固定化のために多数の工程を実施しなければならず、ｐＨが９を上廻る場合には、導波管表面上へのシランの結合が不安定であることにある。
【００１６】
また、認識要素は、ポリマーに結合されていてもよく、この場合このポリマーは、先行するシラン化なしに直接に導波管層上に施こされる。
【００１７】
ポリリシンおよびポリエチレングリコールを基礎とする帯電されたコポリマーは、若干の金属酸化物、例えばＴｉＯ２、Ｓｉ０．４Ｏ２およびＮｂ２Ｏ５の表面１３上に静電的に吸着される。光学的導波管により、このポリマーは、導波管表面上へのタンパク質の非特異的な結合を最少化することが示された。バイオセンサーへの前記コポリマーの使用は、本出願人によって討論されている。この方法の欠点は、３未満および９を上廻るｐＨ値ならびに高い塩濃度に対して前記層が不安定であることである。それというのも、この条件下で静電的に結合されたポリマーは、表面から脱着されるからである。
【００１８】
光活性化可能な基で誘導体化されている１４か、または光架橋剤と一緒になってインキュベートされる１５、１６ポリマーは、光反応ごとに直接導波管表面上に施こされることができ、互いに架橋されることができる。このポリマーは、タンパク質の僅かな非特異的な吸着を有し、反応条件の広い範囲に亘って安定性である。認識要素は、光反応の間に結合されることができるかまたは光反応後に結合されることができる。最後に記載された固定化には、光反応性基とともに認識要素の共有結合された固定化を可能にする官能基をも有するポリマーが使用される。光反応性化合物は、スポッターまたは回転塗布につき表面上に施こされなければならず、そこで濃縮または乾燥濃縮されなければならない。この場合には、導波管表面の部分的な脱架橋を生じる可能性があり、このことは、不完全な被覆をまねく。
【００１９】
学術論文の刊行物には、Ｔａ２Ｏ５の導波管表面を一般式Ｈ２Ｏ３Ｐ−Ｏ−（ＣＨ２）８−ＣＨ３の長鎖状アルキルホスフェートで被覆することが記載されている１７。この長鎖状ホスフェートは、緊密に梱包された単層（所謂セルフアセンブルド単層）を導波管の表面上に形成させることが示された。更に、実験の記載なしに、ω−官能化された長鎖状アルキルホスフェートをバイオセンサーに使用することが提案されており、この場合には、官能基は、ω−位置で導波管表面から離れて示されており、この官能基を介して認識要素は結合されていてよい。
【００２０】
米国特許第４９０４６３４号明細書１８には、吸着剤として使用されることができる活性物質が記載されている。この物質は、金属酸化物／金属水酸化物表面とそれに化学的に結合した、燐含有の有機材料の単層とからなる。この米国特許明細書には、燐含有の有機材料は、次のように詳細に記載されている：
・  有機材料は、１〜２個の燐含有基を有する。
【００２１】
・  燐含有基は、一般式ＲＲ′ＰＯ（ＯＨ）またはＲＲ′ＰＯ（ＯＨ）を有し、この場合Ｒは、３０個までの炭素含有基からなり、Ｒ′は、水素または３０個までの炭素含有基からなる。
【００２２】
・  ＲまたはＲ′は、長鎖状または短鎖状の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、カルボン酸、アルデヒド、ケトン、アミン、アミド、チオアミド、イミド、ラクタム、アニリン、ピリジン、ピペリジン、炭水化物、エステル、ラクトン、エーテル、アルケン、アルキン、アルコール、ニトリル、オキシム、オルガノシリコン、尿素、チオ尿素、ペルフルオロ化合物（有機）、ペルクロロ化合物、ペルブロモ化合物およびこれらの基の組合せの群からの有機基であってもよい。
【００２３】
・  ＲまたはＲ′は、燐含有基から離れている、分子中の位置で官能基を有することもできる。官能基は、カルボキシル基、グルコース基、シアノ基、シアネート基、イソシアネート基、チオシアネート基、フェニル基、ジフェニル基、第三ブチル基、スルホン酸基、ベンジルスルホン基、ハロゲン基、ニトレート基、ホスフェート基、ホスフィネート基、ホスフィナイト基、ホスホネート基、ヒドロキシメチルアミド基、アルコキシメチルアミド基、ベンゾフェノン基、アジド基、トリアゼン基、アシルホスファン基、第四アンモニウム基またはこれらの基からの組合せであることができる。
【００２４】
・  ＲまたはＲ′は、陽イオン交換基、例えば−ＨＳＯ３、−Ｎ（ＣＨ３）３Ｃｌ、−ＣＯＯＮａ、−ＮＨ２および−ＣＮを有していてもよい。
【００２５】
・  Ｒは、２〜４個のモノマーから形成されておりかつ２０００ｇ／モル未満の分子量を有するオリゴマーであってもよい。
【００２６】
使用の場合には、吸着剤として適している活性物質が記載される。更に、記載された使用は、次の通りである：
・  クロマトグラフィーのための担持材料。
【００２７】
・  イオン交換物質。
【００２８】
・  生物学的物質、例えば酵素、抗体、細胞、酵母、タンパク質、微生物、製剤、ワクチン。
【００２９】
・  圧電結晶の被覆物。
【００３０】
・  生物学的移植物（骨等）の固定化のための被覆物。
【００３１】
・  医薬製品の添加。
【００３２】
英国特許第２２２１４６６号明細書１９には、本発明と同一の出願人によって生物学に活性の粒子が記載されており、この場合この粒子は、金属酸化物／金属水酸化物核から形成され、この核の表面上には、官能化された有機燐化合物が結合されており、例えばこの粒子は、米国特許第４９０４６３４号明細書にも記載されている。この英国特許明細書の記載は、専ら生物学的に活性の粒子に関連する。
【００３３】
米国特許第４３０８０７９号明細書２０には、酸化アルミニウム表面のための腐蝕防止剤が記載されている。防止剤としては、次の一般構造式：ＮＲ３、Ｒ′ＨＲ２、（ＣＨ２ＮＲ２）２およびＲ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＲＣＨ２ＣＨ２ＮＲ２を有するアミノホスホネートが使用され、この場合Ｒは、ＣＨ２ＰＯ（ＯＨ）２であり、Ｒ′は、１〜５個の炭素原子を有するアルキル鎖である。選択的な使用は、記載されていない。
【００３４】
学術論文の刊行物には、ポリオキシアルキレン−ジホスホネートが記載されており、この場合には、このポリオキシアルキレン−ジホスホネートにより、炭酸カルシウム２１およびマグネタイト−ナノ粒子２２は、良好に分散されることができる。そのために、構造式Ｈ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−Ｎ（ＣＨ３）−ＣＨ２−ＰＯ３Ｈ２およびＨ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−Ｎ（ＣＨ２ＰＯ３Ｈ２）２、但し、２０＜ｎ＜７０である、のポリマーが使用され、このポリマーは、ナノ粒子の表面上にポリマー層を形成している。このポリマーが既に合成の際にナノ粒子に添加されている場合には、狭い粒度分布が観察される。更に、化学的変性および前記のポリマー被覆されたナノ粒子上への生物学的に活性の薬剤の結合についても討論されている。
【００３５】
公知技術水準に記載された回避すべき欠点を除外して、導波管と検出媒体との境界面でバイオセンサーまたは化学センサーとして光学的な導波管を使用する場合には、高い要件が課されている：
・  認識反応の反応条件下で導波管と検出媒体との境界面は、安定性でなければならない。
【００３６】
・  認識要素は、導波管のエバネッセント場の飛程内で固定化されていなければならない。
【００３７】
・  認識反応の反応条件下で認識要素の固定化は安定性でなければならない。
【００３８】
・  認識要素の官能性は、固定化後もなお存在していなければならない。
【００３９】
・  特異的な認識反応のみをシグナル変換器によって検出するためには、導波管と検出媒体との境界面上への認識すべき要素の全ての非特異的な結合は、抑制されていなければならない。
【００４０】
本発明の対象は、一般式ＩまたはＩＩ、
Ｐ（Ａ）ｍ（Ｆ）ｎ１（Ｕ）ｏ１          （Ｉ）
Ｐ（Ａ）ｍ（ＵＦｎ２）ｏ２              （ＩＩ）
〔式中、
Ｐは、直鎖状または分枝鎖状の架橋されていないかまたは架橋されたホモポリマーまたはヘテロポリマーのポリマー成分を表わし、
Ａは、同一かまたは異なる、Ｐに結合した燐含有基を表わし、
ｍは、３〜約１０００の数を表わし、
Ｆは、Ａ以外に存在する、同一かまたは異なる、直接的または間接的にＰに結合した官能基を表わし、
ｎ１は、１〜約１０００の数を表わし、
ｎ２は、１〜約１００の数を表わし、
Ｕは、同一かまたは異なる、Ｐに結合した直鎖状または分枝鎖状の架橋されていないかまたは架橋された、同一かまたは異なるモノマーから構成されたオリゴマーまたはポリマーのセグメントを表わし、
ｏ１は、０〜約１０００の数を表わし、
ｏ２は、１〜約１０００の数を表わす〕で示される、誘電性表面の被覆に適した燐含有ポリマーである。
【００４１】
本発明によるポリマーは、誘電性材料、殊に誘電性の導波管表面の被覆に適している。この被覆物の厚さは、通常、０．５〜７００ｎｍの間、有利に０．５〜２００ｎｍの間、殊に０．５〜１０ｎｍの間にある。
【００４２】
本発明の第２の対象は、
（Ａ）燐含有基Ａを有するモノマー、または同一かまたは異なる燐含有基Ａを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーを
（Ｂ）官能基Ｆを有するモノマー、または同一かまたは異なる官能基Ｆを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーおよび
（Ｃ）場合によってはセグメントＵを有するモノマー、または同一かまたは異なるセグメントＵを有する、多数の同一かまたは異なるモノマーと共重合することにより式Ｉのポリマーに変えるか、或いは
（Ｂ′）式ＩＩによる単位（ＵＦｎ２）ｏ２を有するモノマー、または式ＩＩによる式（ＵＦｎ２）ｏ２の同一かまたは異なる単位を有する、多数の同一かまたは異なるモノマーと共重合することにより式ＩＩのポリマーに変えることにより、本発明によるポリマーを製造する方法である。
【００４３】
本発明の第３の対象は、
（ｉ）ポリマー成分Ｐを形成させかつ官能基Ｆとして適した、同一かまたは異なる官能基、有利にヒドロキシ基、カルボキシ基、カルボキシ基の誘導体および／またはアミン基を有するポリマーを製造し、
（ｉｉ）官能基の一部分を反応させ、同一かまたは異なる燐含有基Ａに変え、
（ｉｉｉ）場合によっては官能基の一部分を反応させ、同一かまたは異なるセグメントＵに変え、この場合、工程（ｉｉｉ）は、工程（ｉｉ）の後、前または間に実施されることができ、工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）においては、全ての官能基が反応される訳ではなく、反応されなかった官能基は、ポリマーの官能基Ｆを形成することにより、本発明によるポリマーを製造する方法である。この場合、工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）で反応されなかった官能基は、同一かまたは異なる１つ以上の架橋剤と部分的または完全に反応され、官能基Ｆに変わることができる。
【００４４】
本発明の第４の対象は、誘電性材料、殊に誘電性導波管を被覆するための本発明によるポリマーの使用である。この場合には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２またはＡｌ２Ｏ３、有利にＴｉＯ２またはＴａ２Ｏ５からなる誘電性材料、殊に誘電性導波管の被覆のためにポリマーを使用することができる。
【００４５】
本発明の第５の対象は、被覆が本発明によるポリマーからなる、被覆された誘電性導波管を有する光学的シグナル変換器である。
【００４６】
本発明の第６の対象は、化学的認識要素および／または生化学的認識要素を固定化するための本発明による光学的シグナル変換器の使用である。
【００４７】
本発明に折る燐含有ポリマーは、導波管被覆に対して記載された要件を満たすために、種々の官能基またはセグメントを含有する：
・  ポリマー成分Ｐ。
【００４８】
・  ポリマーの燐含有基Ａは、導波管表面上へのポリマーの安定した結合を保証する。この場合には、ポリマー１ｇ当たり燐含有基が有利に０．００１〜１０ミリ当量（ｍＥｑ）、殊に０．０１〜５ｍＥｑ／ｇ、特に有利に０．１〜３ｍＥｑ／ｇ存在している。
【００４９】
・  ポリマーの官能基Ｆは、認識要素により直接にかまたは架橋剤により共有結合でかまたは配位結合でか、または別の化学結合によりポリマー上、ひいてはバイオセンサーまたは化学センサーの表面上に固定化されていてもよい。この場合には、ポリマー１ｇ当たり官能基が有利に０．００１〜２０ミリ当量（ｍＥｑ）、殊に０．０１〜１０ｍＥｑ／ｇ、特に有利に０．５〜１０ｍＥｑ／ｇ存在している。
【００５０】
・  セグメントＵは、ポリマー上、ひいては導波管表面上へのタンパク質等の非特異的な結合を抑制する。Ｕは、非特異的な結合の抑制が既にポリマー成分によって達成されている場合には、ポリマー中に無くともよい。この場合には、ポリマー１ｇ当たりセグメントＵが有利に０．００１〜２０ミリ当量（ｍＥｑ）、殊に０．０１〜１０ｍＥｑ／ｇ、特に有利に０．５〜１０ｍＥｑ／ｇ存在している。
【００５１】
本発明によるポリマーは、直鎖状であっても、分枝鎖状であっても、架橋されていてもよく、１０００〜１０００００００ｇ／モル、有利に２１００〜１００００００ｇ／モル、特に有利に５０００〜５０００００ｇ／モル、極めて有利に５０００〜３０００００ｇ／モル、殊に１００００〜１５００００ｇ／モルの平均分子量を有することができる。分子量の測定は、例えば蒸気圧浸透または光散乱によって行なうことができる。
【００５２】
ポリマー成分Ｐ
ポリマー成分Ｐは、ランダムにかまたはブロック的に形成されていてもよい。この場合に、典型的には、親水性ポリマーが重要であり、その際本発明による教示の範囲内で親水性ポリマーは、水または水溶液で湿潤可能または膨潤可能なポリマーである。そのための例は、次の通りである：
・  ポリビニルアルコール、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリマレイン酸無水物−ａｌｔ−メチルビニルエーテルまたはこれらの誘導体。
【００５３】
・  直鎖状ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールまたはこれらの誘導体。
【００５４】
・  参考のために本明細書中に記載されている、例えば米国特許第５１７１２６４号明細書に記載されている２３ような、分枝鎖状または星状のポリエチレングリコールまたはその誘導体。
【００５５】
・  ポリ尿素、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリヒドロキシカルボン酸またはこれらの誘導体、この場合この誘導体は、親水性のジオール／ポリオールおよび／またはジアミン／ポリアミンから形成されている。親水性のジオール／ポリオールは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等であってよい。ジアミン／ポリアミンは、ジェファミン（Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ）、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン等であってよい。
【００５６】
・  多糖類、例えばセルロース、澱粉、アガロース、デキストラン、チトサン、ヒアルロン酸またはこれらの誘導体、殊にヒドロキシアルキル誘導体または酸性の半エステル。
【００５７】
・  ポリペプチドまたは１つ以上の異なるアミノ酸から形成されている、該ポリペプチドの誘導体、例えばポリリシン、ポリフェニルアラニンリシン、ポリグリタメート、ポリメチルグルタメートグルタメート、ポリフェニルアラニングルタメート、ポリセリン、ポリグリシン、ポリセリングリセリン等。
【００５８】
・  参考のために本明細書中に記載されている、例えば欧州特許第０１１６９７８号明細書およびＷＯ  ００／３７５３２に記載されているような、グリシドールを基礎とする分枝鎖状ポリオールまたはその誘導体。好ましいのは、１〜３００の重合度、１．７未満の多分散度、１３Ｃ−ＮＭＲ分光分析によって測定され全てのモノマー単位の全体に対して分枝鎖状の単位の含量１０〜３３モル％を有する、グリシドールを基礎とするポリオールである。
【００５９】
燐含有基Ａ
導波管表面上でのポリマーの安定した固定は、直接にかまたはスペーサーＳを介してポリマー成分の炭素原子に結合されている多数の燐含有基によって達成される。
【００６０】
基Ａは、式
Ａ＝ＳｓＹｐ
で示され、この場合
ｐは、１の数を表わし、
ｓは、０（即ち、Ａ＝Ｙ）または１（即ち、Ａ＝ＳＹ）の数を表わすか、またはｐは、２、３、４、５または６の数を表わし、
ｓは、１の数を表わし（即ち、Ａ＝ＳＹｐ）、
基Ｙは、次の燐含有基から選択されている：
−Ｏ（Ｒ′Ｏ）ＰＯ２Ｈ、−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ、−Ｎ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、−Ｎ（Ｒ′）−ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ、−ＣＨ（Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）Ｎ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、−ＣＨ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、−ＣＲ′（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、−Ｃ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）３、この場合Ｒ′は、−Ｈ、−ＣＨ３または−Ｃ２Ｈ５を表わす。
【００６１】
有利に、ポリマーは、次の基Ｙの１個以上を含有する：
−Ｏ（Ｒ′Ｏ）ＰＯ２Ｈ、−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ、−Ｎ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、殊に−Ｎ（ＣＨ２−Ｐ（Ｒ′Ｏ）Ｏ２Ｈ）２、この場合Ｒ′は、有利に−Ｈを表わす。
【００６２】
スペーサーＳは、ポリマーのＣ原子に直接に結合されており、ｐは、同一かまたは異なる燐含有基Ｙを有する。本発明によれば、好ましいのは、次のスペーサーである（この場合には、Ｙも同時に記載されている）：
−（ＣＨ２）ｑ−（Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２）ｒ−Ｙ、−（ＣＨ２）ｑ−（Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ２）ｒ−Ｙ、−（ＣＨ２）ｑ−（Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２）ｒ−Ｃ６Ｈ４Ｙ、−（ＣＨ２）ｑ−（Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２）ｒ−Ｃ６Ｈ３Ｙ２、−（ＣＨ２）ｑ−（Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２）ｒ−Ｃ６Ｈ２Ｙ３、
この場合ｑは、０〜２０の数を表わし、ｒは、０〜１００の数を表わす。
【００６３】
１つの特別な実施態様において、本発明によるポリマーは、燐含有基Ａを１〜６個の同一かまたは異なる燐含有基を有するスペーサーＳの形で含有する。
【００６４】
好ましいのは、ポリマーのＣ原子に直接に結合されている次の基である：
−ＰＯ３Ｈ２、−ＮＨ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＰＯ３Ｈ２、−ＣＨ２−Ｎ（ＣＨ２−ＰＯ３Ｈ２）２、−Ｎ（ＣＨ２−ＰＯ３Ｈ２）２、−（ＣＨ２）４Ｎ（ＣＨ２−ＰＯ３Ｈ２）２、−ＯＰＯ３Ｈ２−。
【００６５】
認識要素を固定化するための官能基Ｆ
Ｆは、直接にポリマーの炭素原子上に結合されており、かつ認識要素により直接にかまたは架橋剤により共有結合でかまたは配位結合でか、または別の化学結合によりポリマー上、ひいてはバイオセンサーまたは化学センサーの表面上に固定化されていてもよい官能基を表わす。認識要素の直接結合は、導波管の被覆前にポリマーで行なうことができるかまたは導波管の被覆後にポリマーで行なうことができる。認識要素を共有結合により固定化するために典型的な官能基は、例えば次の通りである：カルボン酸、カルボン酸エステル、カルボン酸クロリド、カルボン酸無水物、カルボン酸ニトロフェニルエステル、カルボン酸ニトロフェニルエステル、カルボン酸−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド、カルボン酸イミダゾリド、カルボン酸−ペンタフルオロフェニルエステル、ヒドロキシ、トルオールスルホニル、トリフルオロメチルスルホニル、エポキシ、アルデヒド、ケトン、β−ジカルボニル、イソシアネート、チオイソシアネート、ニトリル、アミン、アジリジン、ヒドラジン、ヒドラジド、ニトロ、チオール、ジスルフィド、チオスルファイト、ハロゲン、ヨードアセトアミド、ブロムアセトアミド、クロルアセトアミド、硼酸エステル、マレイミド、α，β−不飽和カルボニル、ホスフェート、ホスホネート、ヒドロキシメチルアミド、アルコキシメチルアミド、ベンゾフェノン、アジド、トリアゼン、アシルホスファン。
【００６６】
選択的に認識要素は、配位結合によりポリマー上に固定化されていてもよい。このための典型的な基は、例えば次の通りである：イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸。
【００６７】
選択的に、認識要素をポリマー上に固定化するために生化学的な認識反応を利用することができる。そのために、次の基がポリマー上に結合されていてもよい：ストレプタグ（ＳｔｒｅｐＴａｇ２４）、ジゴキシン（Ｄｉｇｏｘｉｎ）、ジゴキシゲニン（Ｄｉｇｏｘｉｇｅｎｉｎ）、ビオチン、チオビオチン、フルオレセイン（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ）、ジニトロフェノール、ストレプトアビジン、アビジン等。
【００６８】
１つの特別な実施態様において、本発明によるポリマーは、官能基Ｆを架橋剤と一緒に含有し、この架橋剤は、導波管の被覆前または被覆後にポリマー上に結合されていてよい。この架橋剤は、２個以上の同一かまたは異なる官能基を有する、５０〜５００００の分子量または平均分子量を有する、直鎖状か、分鎖状か、または架橋された分子、オリゴマーまたはポリマーであってもよいし、別の商業的な架橋剤であってもよい。好ましい架橋剤は、一般に式
Ｐ１（Ｆ１）ｍ（Ｆ２）ｎ
で記載することができ、この場合ｍ、ｎは、０、１、２、．．．１００、有利にｍ＋ｎは、２以上であり、有利にｍ、ｎは、１、２または３である。
【００６９】
Ｐ１は、次の通りであることができる：
・  １〜１０個のＣ原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキル基またはアリール基。
【００７０】
・  直鎖状のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、これらのポリマーのコポリマーまたはこれらの誘導体。
【００７１】
・  参考のために本明細書中に記載されている、例えば米国特許第５１７１２６４号明細書に記載されている２５ような、分枝鎖状または星状のポリエチレングリコールまたはその誘導体。
【００７２】
・  多糖類、例えばセルロース、澱粉、アガロース、デキストラン、チトサン、ヒアルロン酸またはこれらの誘導体。
【００７３】
・  ポリペプチドまたは１つ以上の異なるアミノ酸から形成されている、該ポリペプチドの誘導体、例えばポリリシン、ポリフェニルアラニンリシン、ポリグリタメート、ポリメチルグルタメートグルタメート、ポリフェニルアラニングルタメート、ポリセリン、ポリグリシン、ポリセリングリセリン等。
【００７４】
・  双方とも参考のために本明細書中に記載されている、例えば欧州特許第０１１６９７８号明細書およびＷＯ  ００／３７５３２に記載されているような、グリシドールを基礎とする分枝鎖状ポリオールまたはオリゴオール、またはその誘導体。好ましいのは、１〜３００の重合度、１．７未満の多分散度、１３Ｃ−ＮＭＲ分光分析によって測定され全てのモノマー単位の全体に対して分枝鎖状の単位の含量１０〜３３モル％を有する、グリシドールを基礎とするポリオールである。
【００７５】
Ｆ１は、ポリマーの官能基Ｆ上への架橋剤の結合を可能にする官能基である。Ｆ２は、認識要素を供給結合、配位結合または別の化学的結合により結合させることができる官能基である。Ｆ１およびＦ２は、同一かまたは異なる官能基であることができる。基Ｆ１およびＦ２の例は、次の官能基である：
カルボン酸、カルボン酸エステル、カルボン酸クロリド、カルボン酸無水物、カルボン酸ニトロフェニルエステル、カルボン酸−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド、カルボン酸イミダゾリド、カルボン酸−ペンタフルオロフェニルエステル、ヒドロキシ、トルオールスルホニル、トリフルオロメチルスルホニル、エポキシ、アルデヒド、ケトン、β−ジカルボニル、イソシアネート、チオイソシアネート、ニトリル、アミン、アジリジン、ヒドラジン、ヒドラジド、ニトロ、チオール、ジチオール、チオスルファイト、ハロゲン、ヨードアセトアミド、ブロムアセトアミド、クロルアセトアミド、硼酸エステル、マレイミド、α，β−不飽和カルボニル、ホスフェート、ホスホネート、ヒドロキシメチルアミド、アルコキシメチルアミド、ベンゾフェノン、アジド、トリアゼン、アシルホスファン。
【００７６】
式Ｐ１（Ｆ１）ｍ（Ｆ２）ｎの好ましい架橋剤は、エチレングリコールビスクシンイミジルスクシネートである。
【００７７】
非特異的な結合を抑制するためのセグメントＵ
ポリマーは、ポリマー、ひいては導波管上へのタンパク質等の非特異的な結合を抑制するセグメントＵを有することができる。このセグメントは、共有結合によりポリマー単位Ｐ上に結合されており、有利に１００〜１００００の好ましい分子量または平均分子量を有する、親水性で直鎖状か、分枝鎖状か、または架橋されたオリゴマーまたはポリマーであることができる。このようなセグメントの例は、次の通りである：
・  直鎖状のオリゴエチレングリコールまたはポリエチレングリコール、オリゴプロピレングリコールまたはポリプロピレングリコール、これらのオリゴマーもしくはポリマーのコポリマー、またはこれらの誘導体。
【００７８】
・  参考のために本明細書中に記載されている、例えば米国特許第５１７１２６４号明細書に記載されている２６ような、分枝鎖状または星状のオリゴエチレングリコールまたはポリエチレングリコール、またはこれらの誘導体。
【００７９】
・  オリゴ糖類または多糖類、例えばセルロース、澱粉、アガロース、デキストラン、チトサン、ヒアルロン酸またはこれらの誘導体。
【００８０】
・  オリゴペプチドもしくはポリペプチドまたは１つ以上の異なるアミノ酸から形成されている、該オリゴペプチドもしくは該ポリペプチドの誘導体、例えばポリリシン、ポリフェニルアラニンリシン、ポリグリタメート、ポリメチルグルタメートグルタメート、ポリフェニルアラニングルタメート、ポリセリン、ポリグリシン、ポリセリングリセリン等。
【００８１】
・  双方とも参考のために本明細書中に記載されている、例えば欧州特許第０１１６９７８号明細書およびＷＯ  ００／３７５３２に記載されているような、グリシドールを基礎とする分枝鎖状ポリオールもしくはオリゴオールまたはその誘導体。好ましいのは、１〜３００の重合度、１．７未満の多分散度、１３Ｃ−ＮＭＲ分光分析によって測定され全てのモノマー単位の全体に対して分枝鎖状の単位の含量１０〜３３モル％を有する、グリシドールを基礎とするポリオールである。
【００８２】
このセグメントは、非特異的な結合の抑制が既にポリマー成分によって達成されている場合には、ポリマー中に無くともよい。
【００８３】
ポリマーの製造
本発明によるポリマーは、例えば基Ａ、ＦおよびＵを含有する異なるモノマーが経験豊かな合成化学者に公知である方法により共重合されることにより製造されることができる。即ち、ポリマーは、例えばビニルホスホン酸、ポリエチレングリコールメチルエーテルアクリレートおよびアクリル酸を共重合させることによって製造されることができる。更に、認識要素は、導波管表面上へのポリマーの施与前または施与後に結合されていてもよい。そのために、カルボン酸基は、例えばカルボジイミドとの反応によって活性化され、次に認識要素の求核性の官能基と反応され、このことは、ポリマー上への認識要素の共有結合を生じる。
【００８４】
しかし、選択的に公知方法により同一かまたは異なる基Ｆを有するポリマーを合成することもできる。更に、他の工程において、燐含有基および場合によってはセグメントＵを導入することができる。この場合には、基Ｆの一定の部分のみが反応することに注目される。更に、認識要素は、残存する基を介して結合されてもよい。例えば、ヒドロキシ基を官能基Ｆとして有するポリマーの場合には、ポリ燐酸との反応によって燐含有基を製造することができる。この場合には、ヒドロキシ基の一部分のみが反応される。この場合、導波管表面上へのポリマーの施与前または後に、認識要素は結合されることができる。そのために、ヒドロキシ基は、例えばトルオールスルホン酸クロリドとの反応によって活性化され、次に認識要素の求核性の官能基と反応され、このことは、ポリマー上への認識要素の共有結合を生じる。
【００８５】
ポリマーは、例えばカルボン酸基またはその誘導体を有するポリマーから製造されてもよい。例えば、アミノエチルホスホン酸またはＨ２Ｎ−（Ｃ６Ｈ４）２−Ｎ（ＣＨ２ＰＯ３Ｈ２）２との反応によって、燐含有基Ａが導入される。この場合には、カルボン酸基の一部分のみが反応される。更に、認識要素は、導波管表面上へのポリマーの施与前または施与後に結合されることができる。そのために、カルボン酸基は、例えばカルボジイミドとの反応によって活性化され、次に認識要素の求核性の官能基と反応され、このことは、ポリマー上への認識要素の共有結合を生じる。
【００８６】
アミン含有ポリマー、例えばポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミンまたはポリリシンをマンニヒ−メトリッツアー（Ｍａｎｎｉｃｈ−Ｍｏｅｄｒｉｔｚｅｒ）によりホルムアルデヒドおよび亜燐酸と反応させた場合には、燐含有基Ａを導入することができる。この場合には、アミン基の一部分のみが反応される。更に、認識要素は、導波管表面上へのポリマーの施与前または施与後に結合されることができる。そのために、アミン基は、例えば二官能性の架橋剤、例えばエチレングリコールビススクシンイミジルスクシネートとの反応によって反応される。この場合には、認識要素の求核性基を結合することができる活性化されたカルボン酸基が導入される。
【００８７】
導波管上へのポリマーの施与
燐含有基Ａは、有利にポリマーを材料、例えばＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２（Ｓｉ（Ｔｉ）Ｏ２）、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２（ＩＴＯ）、珪酸アルミニウム、Ｎｂ２Ｏ５、酸化バナジウムまたはこれらの材料の混合物からなる導波管上に固定するために適している。しかし、導波管の材料は、酸化物または水酸化物を形成することができる、次の元素の酸化物または水酸化物であってもよい：Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、ＰＤ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、ランタニド、アクチニドおよびこれらの混合物ならびに第ＩＩａ族（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）および第ＶＩｂ族（Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ）の混合物。
【００８８】
ポリマーは、有機溶液または水溶液から導波管表面上に施こされる。これは、溶液中へのインキュベーション、浸漬、噴霧、斑点塗り、回転塗布または類似の常法によって行なうことができる。典型的には、溶液が０．００１〜１０００ｇ／ｌ、殊に０．１〜１０ｇ／ｌ使用され、導波管表面は、０〜２００℃、殊に２０〜３０℃の温度で被覆される。ポリマー溶液を用いての導波管の材料のインキュベーション時間は、１０秒ないし４８時間、典型的には１０分ないし２４時間であることができる。インキュベーション後、導波管は、有機溶剤または水溶液で洗浄され、場合によってはさらに誘導体化される。
【００８９】
ポリマー上での認識要素の固定化
認識要素は、直接にかまたは架橋剤により共有結合でかまたは配位結合でか、または別の化学結合によりポリマーの官能基Ｆ上、ひいてはバイオセンサーまたは化学センサーの表面上に固定化されていてもよい。認識要素の直接結合は、導波管の被覆前にポリマーで行なうことができるかまたは導波管の被覆後にポリマーで行なうことができる。認識要素は、若干の官能基、例えばカルボン酸、カルボン酸エステル、カルボン酸クロリド、カルボン酸無水物、カルボン酸ニトロフェニルエステル、カルボン酸−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド、カルボン酸イミダゾリド、カルボン酸−ペンタフルオロフェニルエステル、ヒドロキシ、トルオールスルホニル、トリフルオロメチルスルホニル、エポキシ、アルデヒド、ケトン、β−ジカルボニル、イソシアネート、チオイソシアネート、ニトリル、アミン、アジリジン、ヒドラジン、ヒドラジド、ニトロ、チオール、ジスルフィド、チオスルファイト、ハロゲン、ヨードアセトアミド、ブロムアセトアミド、クロルアセトアミド、硼酸エステル、マレイミド、α，β−不飽和カルボニル、ホスフェート、ホスホネート、ヒドロキシメチルアミド、アルコキシメチルアミド、ベンゾフェノン、アジド、トリアゼン、アシルホスファンを介してポリマーの官能基Ｆ上に共有結合されていてよい。認識要素の如何なる官能基とポリマーの如何なる官能基との組合せかは、官能基間の化学者に公知の反応方法から明らかである。
【００９０】
認識要素としてのタンパク質は、例えばアミノ酸側鎖を介してポリマー上に固定化されていてよい。タンパク質の表面上に局在化されている特殊なアミノ酸、例えばリシン、システイン、セリン、チロシン、ヒスチジン、グルタミン酸塩アスパラギン酸塩は、ポリマーの官能基との共有結合を生じうる側鎖中に官能基を有する。官能基は、誘導体化（チロシンのホスホリル化）、酸化（例えば、アルデヒド基へのグリコシル化タンパク質のジオール単位の酸化）、還元（例えば、チオールへのジスルフィド橋の還元）または架橋剤のカップリングによって認識要素中で形成されてもよい。
【００９１】
認識要素は、ポリマー上への認識要素の共有結合による固定化とともに、配位結合によりポリマー上に結合されてもよい。分子生物学の方法により、例えばタンパク質、抗体断片および特殊な親和性配列を有する受容体、例えば６×ヒスチジン−Ｔａｇ２７を製造することができる。この親和性配列は、官能基としてポリマー中に導入されていてよい、金属イオン錯体、例えばニッケル、ニトリロ三酢酸または銅イミノ二酢酸に対して高い親和性および特異性を有する。
【００９２】
選択的に認識要素をポリマー上に固定化するために、生化学的な認識反応が利用されてもよい。ストレプトアビジン２８上へのビオチンの極めて特異的で高度の親和性の結合は、ポリマー上への認識要素の固定化のために利用されることができる。そのために、ポリマーの官能基Ｆは、例えばストレプトアビジンでなければならない。更に、認識要素は、ビオチンで官能化され、ポリマー上に結合されることができる。選択的に、認識要素は、分子生物学的または化学的に短いアミノ酸配列を備えていてもよく、同様にストレプトアビジンに対して高い特異性および親和性を有するストレップＴａｇ２４を備えていてもよい。
【００９３】
利点
生体官能化および化学官能化のための多官能性ポリマー（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｋｔｉｏｎｅｌｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｅ ｚｕｒ Ｂｉｏ− ｕｎｄ Ｃｈｅｍｏｆｕｎｋｔｉｏｎａｌｉｓｉｅｒｕｎｇ）は、有機溶液または水溶液から導波管表面上へ化学吸着する。多官能性ポリマーは、導波管の材料上への燐含有基の特異的な結合に基づいて導波管上で安定な層を形成する。結合は、広いｐＨ範囲（ｐＨ＝１〜ｐＨ＝１４）、温度範囲（０℃〜１００℃）に亘って、ならびに高い塩濃度（１Ｍ）に対して安定性である。また、反応溶液中での洗剤の存在は、導波管表面上からポリマーの脱着をまねかない。ポリマーは、燐含有基を介して特異的に導波管表面上に結合されているので、全体的に化学吸着の範囲内でポリマーの単層のみを表面上に施こすことができる。従って、表面上でのポリマー層の厚さは、それ自体制限されており、ポリマーの平均分子量および化学構造により意図的に調節することができる。それによって、認識要素を光のエバネッセント場内、ひいてはシグナル変換器の敏感な検出領域内で固定化することを保証することができる。
【００９４】
ポリマーまたはポリマー成分の特殊なセグメントは、極めて有効に導波管表面上へのタンパク質および別の有機化合物ならびに無機化合物の非特異的な結合を阻止する。それによって、極めて特異的に望ましい認識要素のみをシグナル変換器により検出することを可能にする。従って、センサーの特異性が高まり、ならびに信号騒音比は、明らかに改善される。
【００９５】
認識要素は、共有結合か、配位結合か、または別の化学的結合により安定してポリマー上に結合される。ポリマーからの認識要素の脱着は、こうして阻止される。更に、ポリマーとタンパク質および別の有機分子との極めて僅かな非特異的な相互作用の効果は、固定化された認識要素の高い活性を示す。認識要素は、極めて特異的にポリマー上に結合しており、さらに認識要素と認識要素の活性の減少をまねきうるポリマーとの非特異的な相互作用は、発生しないかまたは僅かに発生するにすぎない。
【００９６】
使用
ポリマーは、多種多様の導波管表面上に施こされることができる。更に、認識要素は、活性の維持下にポリマー上に固定化されることができる。従って、ポリマーは、認識要素をシグナル変換器、例えば導波管上に固定化するためにインターフェースとして機能する。従って、ポリマーは、センサーに対する認識反応およびシグナル変換器の組み込みを可能にする。多種多様な認識要素は、ポリマーの柔軟な概念に基づいて固定化されることができ、したがってセンサーは、分析物を定性的および／または定量的に測定するために、環境分析、食物分野、ヒト診断学および獣診断学ならびに植物保護において使用されることができる。ポリマーは、センサー表面上への有機化合物、無機化合物、有機巨大分子および無機巨大分子の非特異的な結合を阻止するので、複合体試料中、例えば環境空気、汚染水または体液中の分析物を早期の清浄化なしにかまたは僅かにのみ早期の清浄化をもって定性的または定量的に測定することもできる。
【００９７】
付加的にポリマーは、（生体）化学的研究および作用物質試験において、適当なシグナル変換器を用いて同時にかまたは連続的に２つの異なる物質間の相互作用を試験するために、使用されてもよい。従って、例えば、生物学的活性物質、例えば潜在的な作用物質と生体分子、例えばタンパク質、膜受容体、イオンチャネル、ＤＮＡ、ＲＮＡ等との相互作用を試験することができる。
【００９８】
刊行物
【００９９】
【外１】
2004528414.tif 000002
【０１００】
【外２】
2004528414.tif 000003
【０１０１】
実施例
例１：ホスホネート官能性コポリマーからのポリマー
Ｎ−メチル−２−ピロリドン５０ｇ（ＮＭＰ）、ビニルホスホン酸５ｇ、トリエチルアミン１０ｇ、メタクリルオキシエチルアセトアセテート１５ｇ、ポリエチレングリコールメチルエーテルアクリレート３０ｇ（分子量７５０ｇ／モル）、アゾビスイソブチロニトリル０．５ｇおよびドデシルメルカプタン１．５ｇからなる混合物を、６時間６５℃に加熱した。冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー０．１ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で１８時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭ（Ｍ＝モル／ｌ）で洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のミオグロビンに対する単一クローン性マウス抗体２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。１．５ｎｇ／ｍｍ２の抗体の表面濃度を得た。
【０１０２】
例２：ポリビニルアルコールの燐酸エステルからのポリマー
ＤＭＳＯ中のポリビニルアルコールの１０％の溶液（８８％の鹸化度および水中の４％の溶液のヘプラー粘度１８を有するポリビニルアセテート）とポリ燐酸０．１％とからなる５０ｇの混合物を、１５分間１００℃に加熱した。冷却後、無水コハク酸１０ｇを溶液に添加し、２１℃で３時間攪拌した。直ぐ次の工程で、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー１ｍｇの濃度に調節し、この溶液中で導波管表面を１８時間インキュベートした。その後に、導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭで洗浄した。前記表面を１０分間超純水中のＮ−ヒドロキシスクシンイミド１ＭおよびＮ−ジメチルアミノプロピル−Ｎ′−エチル−キアルボジイミド塩酸塩１Ｍの溶液中でインキュベートし、その後に超純水で洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のミオグロビンに対する単一クローン性マウス抗体２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。２．５ｎｇ／ｍｍ２の抗体の表面濃度を得た。
【０１０３】
例３：イミド化されたＭＳＡ−コポリマーからのポリマー
２−（２−アミノエトキシ）−エタノール９．５ｇ、アミノメタンホスホン酸１．１１ｇ、トリエチルアミン１ｇおよび水１００ｍｌからなる混合物に、少量ずつ７０℃でポリマレイン酸無水物−ａｌｔ−メチルビニルエーテル１５．６ｇ（ＭＷ（平均分子量）＝２１６０００ｇ／モル）を添加した。冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー１０ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で１８時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭで洗浄した。前記表面をＤＭＳＯ中のエチレングリコールビススクシンイミジルスクシネートの溶液１０ｍｇ／ｍｌ中で３０分間インキュベートし、その後にＤＭＳＯおよび超純水で洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のヒト絨毛性ゴナドトロピンに対する単一クローン性マウス抗体２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。２．０ｎｇ／ｍｍ２の抗体の表面濃度を得た。
【０１０４】
例４：ポリグリシドールでグラフトされたホスホネート官能性コポリマーからのポリマー
グラフト主鎖（脂肪酸で変性されたポリグリシドール）の製造：
大豆油脂肪酸２８ｇとエポキシプロパノール７４ｇ（グリシドール）とからなる混合物を１時間１４０℃に加熱し、次に６時間で燐酸０．４ｇとエポキシプロパノール３３３．５ｇとからなる混合物を添加した。次に、１４０℃で１６時間さらに攪拌した。
【０１０５】
先に製造された脂肪酸変性されたポリグリシドール２０ｇ、メタクリロイルオキシエチルアセトアセテート２０ｇ、ビニルホスホン酸２ｇ、トリエチルアミン２ｇ、ＮＭＰ４２ｇおよびアゾビスイソブチロニトリル０．４ｇからなる混合物を１６時間６５℃に加熱し、１時間１００℃に加熱した。冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー３ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で１０時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭで洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のミオグロビンに対する単一クローン性マウス抗体２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。３．５ｎｇ／ｍｍ２の抗体の表面濃度を得た。
【０１０６】
例５：無水マレイン酸およびイミノ−ビス−メチレンホスホン酸で誘導体化されたポリグリシドール
チオール誘導体化されたイミド−ジ−メチレンホスホン酸試薬の製造：
メルカプトエチルアミン塩酸塩１００ｇ、亜燐酸１５０ｇおよび水１７０ｇを装入し、１００℃に加熱し、１時間でホルマリン２８７ｇ（３７％）を滴加した。１時間さらに攪拌し、次に溶剤を真空中で抽出した。
【０１０７】
ポリグリシドールの製造：
ヘキサデシルアミン１．８８ｇを１００℃に加熱した２５０ｍｌのガラス反応器中で溶融し、グリシドール１．２ｇと反応させた。次に、カリウムメトキシド溶液０．９ｍｌ（メタノール中で２５％）を添加し、過剰のメタノールを真空中で除去した。１４０℃で残留物を無水ジグリメ１５ｍｌ中に溶解した。１時間当たり２５ｍｌの速度で無水ＴＨＦ３５０ｍｌ中のグリシドール２６０ｇを供給した。供給の終結後、反応混合物をメタノール１２００ｍｌ中に溶解し、酸性イオン交換体（Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＩＲ−１２０）を介する濾過によって中和した。濾液をアセトン１２  ｌ中で沈殿させ、取得されたポリマーを８０℃で１２時間真空中で乾燥させた。３００００ｇ／モルの分子量および１．２３の多分散度を有する無色の高粘性の液体２５４ｇを取得した。全ての分子は、核単位としての開始剤および２７％分岐した構造単位を含有する。
【０１０８】
引続き、先に製造されたポリグリセリン１ｇおよびＤＭＳＯ５ｇを装入し、５０℃に加熱した。次に、無水マレイン酸０．２ｇを添加した。１５分後、８０℃に加熱し、チオール誘導体化されたイミド−ビス−メチレンホスホン酸試薬０．２ｇおよびトリエチルアミン０．３ｇを添加した。１５分後、アゾイソブチロニトリル０．０５ｇを添加し、８０℃で４時間さらに攪拌し、１００℃で１時間さらに攪拌した。
【０１０９】
冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー２ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で１６時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよび水で洗浄した。前記表面を超純水中のＮ−ヒドロキシスクシンイミド１ＭおよびＮ−ジメチルアミノプロピル−Ｎ′−エチル−カルボジイミド塩酸塩１Ｍの溶液中で１０分間インキュベートし、その後に超純水で洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のミオグロビンに対する単一クローン性マウス抗体２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。２．８ｎｇ／ｍｍ２の抗体の表面濃度を得た。
【０１１０】
例６：アセトアセトキシ変性および燐酸塩エステル変性されたデキストランからのポリマー
デキストラン１０ｇ（ＭＷ＝４００００ｇ／モル）、アセト酢酸−第三ブチルエステル７ｇ、ＤＭＳＯ１００ｇおよびポリ燐酸０．５ｇからなる混合物を４時間８０℃に加熱した。冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー１ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で８時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭで洗浄した。ｐＨ＝５に調節された、酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ中のストレプタビジン（Ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）２ｍｇ／ｍｌの溶液を製造し、その中で導波管表面を２時間インキュベートした。４．５ｎｇ／ｍｍ２のストレプタビジンの表面濃度を得た。
【０１１１】
例７：ホスホネート官能性ポリリシンからのポリマー
ポリ−Ｌ−リシン−ヒドロブロミド５００ｍｇ（ＭＷ＝１５００００〜３０００００ｇ／モル）、亜燐酸１７０ｍｇおよび水４ｍｌを１００℃に加熱し、次に（３７％の）ホルマリン３２４ｍｇを添加した。この混合物を１００℃で１時間攪拌した。冷却後、エタノール中の溶液を溶液１ｍｌ当たりポリマー１ｍｇの濃度に調節し、導波管表面をこの溶液中で２時間インキュベートした。その後に、この導波管をエタノールおよびＮａＯＨ１０ｍＭで洗浄した。前記表面を２０分間超純水中のカルボキシメチルデキストラン１０ｍｇ／ｍｌ（ＭＷ＝１５０００ｇ／モル）、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド０．１ＭおよびＮ−ジメチルアミノプロピル−Ｎ′−エチル−カルボジイミド塩酸塩０．１Ｍの溶液中でインキュベートした。その後に、前記表面を短時間、超純水で洗浄し、直ちに酢酸ナトリウム緩衝液１０ｍＭ（ｐＨ＝５）中のアミン官能化されたＤＮＡ０．１ｍｇ／ｍｌ（１０個のヌクレオチド）と一緒にインキュベートした。０．５ｎｇ／ｍｍ２のＤＮＡの表面濃度を得た。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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