(57)【要約】  二次元材料を、様々な物質用筐体に形成することができ、該筐体が細胞毒性でない、該筐体の外側および／または内側に備えることができる。筐体は、生物環境（インビボまたはインビトロ）などの環境に暴露することができ、繊維層は血管内殖を促進することができる。筐体内の１つ以上の物質を環境中に放出することができ、該環境からの１つ以上の選択された物質は該筐体に進入することができ、該環境からの１つ以上の選択された物質を該筐体に進入することを防止することができ、１つ以上の選択された物質を該筐体内に保持することができる、またはその組合せ。筐体は、例えば、感覚応答パラダイムを実現可能とすることができる。筐体は、例えば、その中に保持された生細胞などの材料に対する免疫隔離を提供することができる。
2018521806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンパートメントおよび前記コンパートメント外部の環境から前記コンパートメントを分離する壁を含んでなる筐体（enclosure）であって、前記壁が：
穿孔したグラフェン系材料層、および
前記穿孔したグラフェン系材料に直接または間接的に固定された基材層を備え、
前記筐体が対象に移植された場合に細胞毒性でない、
前記筐体。
【請求項２】
前記基材層がトラックエッチングしたポリイミドを含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項３】
前記基材層が複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項４】
前記コンパートメントが外部環境と流体連通する、請求項１に記載の筐体。
【請求項５】
前記壁の少なくとも一部が、約５ｎｍ〜約１μｍの厚さがある、請求項１に記載の筐体。
【請求項６】
前記コンパートメント内に封入された少なくとも１つの物質をさらに含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項７】
２つ以上の物質を前記コンパートメント内に封入する、請求項６に記載の筐体。
【請求項８】
前記物質が１つ以上の細胞を含んでなり、前記穿孔したグラフェンが前記コンパートメント内に前記細胞を保持し、前記コンパートメント外部の環境中の免疫細胞および免疫複合体の前記コンパートメントへの進入を遮断するのに充分な大きさの細孔を有する、請求項６に記載の筐体。
【請求項９】
前記細胞が哺乳類細胞である、請求項８に記載の筐体。
【請求項１０】
前記細胞が酵母細胞または細菌細胞である、請求項８に記載の筐体。
【請求項１１】
前記コンパートメントがサブコンパートメントを含まない、請求項１に記載の筐体。
【請求項１２】
前記コンパートメントが２つ以上のサブコンパートメントを含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項１３】
１つ以上のサブコンパートメントを前記サブコンパートメント外部の環境から分離する、請求項１２に記載の筐体。
【請求項１４】
１つ以上のサブコンパートメントが、穿孔したグラフェン系材料を含んでなる壁により前記サブコンパートメント外部環境から分離している、請求項１３に記載の筐体。
【請求項１５】
前記穿孔したグラフェン系材料が、医薬品を前記コンパートメントと前記外部環境との間を通過するのを可能とするのに充分な大きさの細孔を有する、請求項１に記載の筐体。
【請求項１６】
前記穿孔したグラフェン系材料が約１ｎｍ〜約１０ｎｍの大きさの細孔を有する、請求項１に記載の筐体。
【請求項１７】
前記グラフェン系材料がグラフェンである、請求項１に記載の筐体。
【請求項１８】
前記基材層が前記壁のコンパートメントに対向する側、前記壁の外面、または前記壁のコンパートメントに対向する側と外面との両方に位置する、請求項１に記載の筐体。
【請求項１９】
前記基材層を、前記グラフェン系材料の前記コンパートメントに対向する側、前記グラフェン系材料の前記外面、またはその両方に配置する、請求項１８に記載の筐体。
【請求項２０】
前記基材層が約１ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の筐体。
【請求項２１】
前記基材層が複数の細孔を備える、請求項１に記載の筐体。
【請求項２２】
前記基材層がその厚さ全体にわたって多孔度勾配を有する、請求項１に記載の筐体。
【請求項２３】
前記基材層が疎水性または親水性である、請求項１に記載の筐体。
【請求項２４】
前記基材層が、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリグリコリド酸（polyglycolid acid）（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、これらのいずれかのブロック共重合体、ならびにその組合せおよび／または混合物からなる群から選択される材料を含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項２５】
前記基材層が、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原またはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる、請求項１に記載の筐体。
【請求項２６】
前記穿孔したグラフェン系材料層と前記基材層との間に位置する中間層をさらに備える、請求項１に記載の筐体。
【請求項２７】
穿孔したグラフェン系材料層および基材層を有する壁を備える筐体を環境に暴露することにより、前記筐体内のコンパートメントから少なくとも１つの物質を前記環境中に放出することを含んでなる物質の放出方法であって、前記筐体が前記環境に細胞毒性でない、前記方法。
【請求項２８】
前記環境が生物環境である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記物質が医薬品である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記コンパートメントが前記筐体から放出されない細胞を収容する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記細胞が前記筐体から放出された前記物質を産生する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
穿孔したグラフェン系材料を含んでなる筐体を環境に暴露することにより、少なくとも１つの第一物質を前記環境に放出して、前記環境からの第二物質を前記筐体内に通過するのを可能とすることを含む方法であって、前記穿孔したグラフェン系材料が前記環境に対して細胞毒性でない、前記方法。
【請求項３３】
前記第一物質が細胞であり、前記第二物質が栄養素または酸素である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
穿孔したグラフェン系材料および前記穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された基材層を含んでなる複合構造物であって、前記複合構造物が実質的に平面であり、前記複合構造物が対象に移植された場合に細胞毒性でない、前記複合構造物。
【請求項３５】
前記第一基材層と反対の前記穿孔したグラフェン系材料の面に直接または間接的に固定された第二基材層をさらに含んでなる、請求項３４に記載の複合構造物。
【請求項３６】
前記第一および／または第二基材層が、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原またはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる、請求項３５に記載の複合構造物。
【請求項３７】
前記複合構造物が柔軟性である、請求項３４に記載の複合構造物。
【請求項３８】
コンパートメントおよび前記コンパートメント外部の環境から前記コンパートメントを分離する壁を備える筐体であって、前記壁が：
穿孔したグラフェン系材料層および組織内への前記筐体の組込みおよび／または前記筐体への血管新生を促進する手段を備え、前記筐体が対象に移植された場合に細胞毒性でない、
前記筐体。
【請求項３９】
コンパートメントおよび前記コンパートメント外部環境から前記コンパートメントを分離する壁を備え、対象に移植された場合に細胞毒性でない筐体の製造方法であって、前記壁が：
穿孔したグラフェン系材料層、および
基材層を備える、
前記方法。
【請求項４０】
穿孔したグラフェン系材料を含んでなる筐体の生体適合性の改善方法であって、前記方法が、前記筐体の外側に基材層を固定することを含んでなり、前記筐体が対象に移植された場合に細胞毒性でない、前記方法。
【請求項４１】
穿孔したグラフェン系材料層および基材層を備える筐体を対象に移植することを含む糖尿病の治療方法であって、前記筐体が対象に対して細胞毒性でない、前記方法。
【請求項４２】
（ａ）穿孔したグラフェン系材料層および（ｂ）前記穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された基材層を備える複合構造物を含むデバイスを封入することを含むデバイスの細胞毒性の低減方法であって、前記デバイスは、前記複合構造物により封入していない相当するデバイスと比較して、低下した細胞毒性を有する、前記方法。
【請求項４３】
（ｉ）治療デバイス、および
（ｉｉ）前記治療デバイス上のコーティングであって、前記コーティングが、（ａ）穿孔したグラフェン系材料層および（ｂ）前記穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された基材層を備える複合構造物を含んでなる、前記コーティング、
を備えるコーティングした治療デバイス。
【請求項４４】
前記コーティングした治療デバイスが前記複合構造物でコーティングされていない相当する治療デバイスより低い毒性を有する、請求項４３に記載のコーティングした治療デバイス。
【請求項４５】
（ｉｉｉ）治療デバイス、および
（ｉｖ）前記治療デバイス上のコーティングであって、前記コーティングが穿孔したグラフェン系材料層を含んでなる、前記コーティング、
を備えるコーティングした治療デバイス。
【請求項４６】
前記コーティングした治療デバイスが前記複合構造物でコーティングされていない相当する治療デバイスより低い毒性を有する、請求項４５に記載のコーティングした治療デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連技術
本願は、２０１５年８月６日に出願された米国仮出願第６２／２０２，０５６号の優先権を主張し、これはその全文を参照することにより本明細書に組み入れられるものとする。
【背景技術】
【０００２】
免疫能細胞および免疫のない細胞生命体両方中の医薬および細胞送達は、今日の医学研究および医療行為における課題である。近年の研究は、送達デバイスとしてポリマーデバイスおよびハイドロゲルを使用する。いくつかの例としては、不織ポリエステルメッシュのバッキングを有するポリテトラフルオロエチレン（例えば、発泡ＰＴＦＥ）、シリコーン、ハイドロゲル、アルギン酸塩、硫酸セルロース、コラーゲン、ゼラチン、アガロース、キトサン等が挙げられる。現在の送達媒体およびデバイスは、生物付着、生体適合性問題、および媒体からの物質の非常に長い拡散時間に苦難している。現状デバイスの厚さは、部分的に、デバイスへの栄養素の限定された拡散ならびに／またはデバイスへのおよびデバイスからの物質の移動妨害のせいで有効性を限定し得る。少なくとも部分的に厚さが原因の低透過性および物理的応力および浸透圧応力を考慮して機械的安定性も問題であり得る。さらに、細胞壁、選択的チャンネル、および生体膜が提供する半浸透の再現は、特に、インビトロまたはインビボでのこれらの膜を一体化する場合、合成膜、または半透過壁にとって難しいと長く証明されてきた。加えて、現在の膜は、特に、異種間、同種間、および自家繁殖間の移植との関連で免疫隔離を不充分にしか達成しない。
【０００３】
前述したことを考慮して、輸送、送達、分離および生体環境中を含む様々な条件下物質の選択的バリアを形成するための改良された技術は、当技術分野において重要利な益となるだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実施形態は、コンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備える筐体（enclosures）を含んでなり、該壁は穿孔したグラフェン系材料層および基材層を備え、該筐体は対象に移植された場合細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、基材層を、穿孔したグラフェン系材料に直接的に固定する。いくつかの実施形態では、基材層を、該穿孔したグラフェン系材料に間接的に固定する。いくつかの実施形態では、基材層はトラックエッチングしたポリイミドを含んでなる。いくつかの実施形態では、基材層は複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を含んでなる。いくつかの実施形態では、コンパートメントは外部環境と流体連通している。いくつかの実施形態では、壁の少なくとも一部は約５ｎｍ〜約１μｍの厚さがある。いくつかの実施形態は、コンパートメント内に封入した少なくとも１つの物質をさらに含んでなる。いくつかの実施形態は、コンパートメント内に封入した２つ以上の物質をさらに含んでなる。いくつかの実施形態では、物質が１つ以上の細胞を含んでなり、穿孔したグラフェンがコンパートメント内に該細胞を保持し、該コンパートメント外部の環境中の免疫細胞および免疫複合体の該コンパートメントへの進入を遮断するのに充分な大きさの細孔を有する。いくつかの実施形態では、細胞は酵母細胞または細菌細胞である。いくつかの実施形態では、細胞は哺乳類細胞である。
【０００５】
いくつかの実施形態では、コンパートメントはサブコンパートメントを含まない。いくつかの実施形態では、コンパートメントは２つ以上のサブコンパートメントを含んでなる。いくつかの実施形態では、１つ以上のサブコンパートメントを、該サブコンパートメント外部の環境から分離する。いくつかの実施形態では、１つ以上のサブコンパートメントを、穿孔したグラフェン系材料を含んでなる壁により該サブコンパートメント外部の環境から分離する。
【０００６】
いくつかの実施形態は、医薬品をコンパートメントと外部環境との間を通過するのを可能とするのに充分な大きさの細孔を含んでなる穿孔したグラフェンを含んでなる。いくつかの実施形態では、穿孔したグラフェン系材料が約１ｎｍ〜約１０ｎｍの大きさの細孔を有する。１つのサブコンパートメントの壁の細孔径は、異なるサブコンパートメントの壁の細孔径と同じかまたは異なり得る。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料はグラフェンである。穿孔したグラフェンの細孔径を、例えば、大きさに基づいて様々な物質を選択的に遮断するように目的に合わせることができる。例えば、細孔径に基づいて穿孔したグラフェンの横断を遮断することができる例示的物質の大きさの差を示す図１８参照されたい。図３０〜３２は、例として、例えば、Ｈｅ２＋またはＸｅ＋イオンビームを用いた拡張により、細孔径を調整する能力を示す画像を示す。図３１は、比較的大きな面積にわたって一貫して細孔を導入する能力をさらに示している。
【０００７】
いくつかの実施形態は、壁のコンパートメントに対向する側、壁の外面、または壁のコンパートメントに対向する側と外面との両方に位置する基材層を備える。いくつかの実施形態では、基材層を、グラフェン系材料のコンパートメントに対向する側、グラフェン系材料の外側、またはその両方に配置する。いくつかの実施形態では、基材層は約１ｍｍ以下の厚さを有する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、基材層は、複数の細孔を備える。いくつかの実施形態では、基材層は、その厚さ全体にわたって多孔度勾配を有する。いくつかの実施形態では、基材層は、疎水性または親水性である。いくつかの実施形態では、繊維基材は、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリグリコリド酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、これらのいずれかのブロック共重合体、ならびにその組合せおよび／または混合物からなる群から選択される材料を含んでなる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、基材層は、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原またはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、筐体は、穿孔したグラフェン系材料層および基材層の間に位置する中間層を備える。
【００１１】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料層および基材層を有する壁を備える筐体を環境に暴露することにより、前記筐体内のコンパートメントから少なくとも１つの物質を該環境中に放出することを含んでなる物質の放出方法であって、該筐体が該環境に細胞毒性でない方法を含んでなる。いくつかの実施形態では、環境は生物環境である。いくつかの実施形態では、物質は医薬品である。いくつかの実施形態では、コンパートメントは、筐体から放出されない細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞は、筐体から放出される物質を産生する。
【００１２】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料を含んでなる筐体を環境に暴露することにより、少なくとも１つの第一物質を該環境に放出して、該環境からの第二物質を該筐体内に通過するのを可能とすることを含み、該穿孔したグラフェン系材料が該環境に対して細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、第一物質は細胞であり、第二物質は栄養素または酸素である。いくつかの実施形態では、筐体に進入する物質は、環境に戻ることができる。
【００１３】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料および該穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された複数のポリマーフィラメントを含んでなる基材層を備える複合構造を備え、該複合構造は実質的に平面であり、該複合構造は対象に移植された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、複合構造物は、第一基材層と反対の穿孔したグラフェン系材料の面に直接または間接的に固定された第二基材層をさらに備える。いくつかの実施形態では、第一および／または第二基材層は、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原またはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる。いくつかの実施形態では、複合構造物は柔軟である。
【００１４】
いくつかの実施形態は、コンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備える筐体を含んでなり、該壁は、穿孔したグラフェン系材料層、および該筐体の組織への組込みおよび／または該筐体への血管新生を促進する手段を備え、該筐体は対象に移植された場合細胞毒性でない。
【００１５】
いくつかの実施形態は、コンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備える筐体の製造方法を含んでなり、該壁は、穿孔したグラフェン系材料層および複数のポリマーフィラメントを含んでなる基材層を備える。
【００１６】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料を含んでなる筐体の生体適合性の改善方法を含んでなり、該方法は、複数のポリマーフィラメントを含んでなる基材層を該筐体の外側に固定することを含んでなる。
【００１７】
いくつかの実施形態は、対象に移植された場合に細胞毒性がない筐体の製造方法を含んでなり、該筐体はコンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備え、該壁は穿孔したグラフェン系材料層を備える。いくつかの実施形態は、対象に移植された場合に細胞毒性がない筐体の製造方法を含んでなり、該筐体はコンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備え、該壁は穿孔したグラフェン系材料層および基材層を備える。いくつかの実施形態では、基材層はトラックエッチングしたポリイミドを含んでなる。いくつかの実施形態では、基材層は複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を含んでなる。
【００１８】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料を含んでなる筐体の生体適合性の改善方法を含んでなり、該方法は該筐体の外側に基材層を固定することを含んでなり、該筐体は対象に移植された場合に細胞毒性でない。
【００１９】
いくつかの実施形態は、穿孔したグラフェン系材料層および複数のポリマーフィラメントを含んでなる基材層を備える筐体を対象に移植することを含む糖尿病の治療方法を含んでなり、該筐体は対象に対して細胞毒性でない。
【００２０】
いくつかの実施形態は、（ａ）穿孔したグラフェン系材料層および（ｂ）該穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を備える複合構造物を含むデバイスを封入することを含むデバイスの細胞毒性の低減方法を含んでなり、該デバイスは、該複合構造物により封入していない相当するデバイスと比較して、低細胞毒性を有する。
【００２１】
いくつかの実施形態は、（ｉ）治療デバイスおよび（ｉｉ）該治療デバイス上のコーティングを備えるコーティングした治療デバイスを含んでなり、該コーティングは、（ａ）穿孔したグラフェン系材料層および（ｂ）該穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を備える複合構造物を含んでなる。いくつかの実施形態では、コーティングした治療デバイスは、該複合構造物でコーティングしていない相当する治療デバイスより低い毒性を有する。
【００２２】
いくつかの実施形態は、（ａ）治療デバイスおよび（ｂ）該治療デバイス上のコーティングを備えるコーティングした治療デバイスを含んでなり、該コーティングは穿孔したグラフェン系材料層を含んでなる。いくつかの実施形態では、コーティングした治療デバイスは、該複合構造物でコーティングしていない相当する治療デバイスより低い毒性を有する。
【００２３】
いくつかの実施形態は、半透過材料の成膜、積層または移動を可能として半透過性筐体内部の細胞の持続的成長および生存のための脈管構造の組込みを促進するのに適切な基材を備える生体関連デバイスを含む。いくつかの実施形態では、半透過性２Ｄ材料（例えば、穿孔したグラフェン）を１つ以上の繊維層に固定する。この複合構造は、組織の集積または内殖を提供し、移動または通過を促進し、および／または代謝物、免疫学的因子、細胞等への半透過性通路に対する影響を最小化する。脈管構造および封入された物質の近接は、血液と筐体の内容物との間の透過性代謝物の容易な通路を可能とする。
【００２４】
穿孔したグラフェンまたは他の穿孔した二次元材料から形成された筐体は、米国出願第１４／６５６，１９０号に開示されており、これはその全文を参照することにより本明細書に組み入れられるものとする。筐体は、該筐体内部におよび内部から選択された物質の移動を可能とし、その中の他の選択された物質を保持し、さらに他の選択された物質が該筐体内に進入するのを防止して、その中に様々な物質を収容することができる。筐体を使用して、該筐体外部の環境に１つ以上の選択された物質を放出し、該筐体外部の環境から１つ以上の選択された物質が該筐体内に進入するのを可能とし、外部環境から該筐体への１つ以上の選択された物質の進入を抑制、好ましくは防止し、該筐体内に１つ以上の選択された物質を保持（抜け出るのを抑制または好ましくは防止）し、またはこれらの用途の組合せが可能である。筐体の穿孔した材料の孔または開口部の大きさまたは大きさの範囲を、該筐体の特定の用途に基づいて選択することができる。筐体という語は、１つ以上の物質を受け入れる空間を表し、該筐体はグラフェン系材料などの穿孔した二次元材料により少なくとも部分的に形成され、いくつかの実施形態では、筐体内の１つ以上の物質は穿孔した二次元材料を貫通することにより筐体から抜け出ることができる。同様に、いくつかの実施形態では、外部環境から１つ以上の物質が穿孔した二次元材料を貫通することにより筐体に進入することができる。いくつかの実施形態では、外部環境は生物環境であり、インビボ生物環境であっても、インビトロ生物環境であってもよい。いくつかの実施形態では、各サブコンパートメントの孔の大きさおよび／または特性は、異なるサブコンパートメントの孔の大きさおよび／または特性と同じまたは異なり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、筐体は、１つまたは１つより多いサブコンパートメントを備え、各サブコンパートメントは、サブコンパートメントを形成する壁または側面の少なくとも一部が穿孔した二次元材料であるように穿孔した二次元材料を備える。筐体またはサブコンパートメント内および／または外に１つ以上の物質の選択的通路により流体連通している。従って、外部環境から分離したコンパートメントおよびサブコンパートメントは、外部環境と流体連通し得る。流体は液体または気体であり、同伴ガスを有する流体を含み得る。物質を流体に溶解または懸濁、さもなければ流体で運ばれ得る。流体は水性であり得る。サブコンパートメントは、隣接するサブコンパートメントおよび／または外部環境（隣接サブコンパートメントは少なくとも１つの壁または側面を共有する）と直接流体連通し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のサブコンパートメントは隣接するサブコンパートメントと流体連通し得るが、外部環境と流体連通しない。筐体内の少なくとも１つのサブコンパートメントは、外部環境と流体連通する。筐体はサブコンパートメントの様々な構成を有し得る。サブコンパートメントはいずれもの形状を有し得る。サブコンパートメントは、例えば、球状、円柱状または直線状であってもよい。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントは入れ子状であり得る。いくつかの実施形態では、筐体は、複数の周囲のサブコンパートメントと壁または側面を共有する中央サブコンパートメントを有し得る。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントを筐体内で線状に配列することができる。いくつかの実施形態では、筐体は２つのサブコンパートメントを含む。いくつかの実施形態では、筐体は３つ、４つ、５つまたは６つのサブコンパートメントを含む。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントを別のサブコンパートメント内に完全に収容することができ、内側のサブコンパートメントは外側のサブコンパートメントと直接流体連通し、外側のサブコンパートメントは外部環境と直接流体連通する。この実施形態では、内側のサブコンパートメントは、外部環境と直接でなく間接的に流体連通する。筐体が複数のサブコンパートメントを含むかまたは複数のサブコンパートメントに分割しているいくつかの実施形態では、少なくとも１つのサブコンパートメントは外部環境と直接流体連通し、残りのサブコンパートメントは隣接するサブコンパートメントと直接流体連通するが、全てが外部環境と直接流体連通しない可能性がある。筐体が複数のサブコンパートメントを含むいくつかの実施形態では、全てのサブコンパートメントは外部環境と直接流体連通することができる。
【００２６】
筐体は少なくとも１つの物質を封入する。いくつかの実施形態では、筐体は２つ以上の異なる物質を含むことができる。異なる物質は同じサブコンパートメント内でも異なるサブコンパートメント内であってもよい。いくつかの実施形態では、筐体内の全ての異なる物質が筐体外部の環境に放出されるとは限らない。いくつかの実施形態では、筐体内の全ての異なる物質が外部環境に放出される。いくつかの実施形態では、異なる物質の筐体から外部環境への放出速度は同じである。いくつかの実施形態では、異なる物質の筐体から外部環境への放出速度は異なる。いくつかの実施形態では、筐体から放出された異なる物質の相対量は同じでも異なっていてもよい。物質が筐体から放出される速度を、孔の大きさ、孔の幾何学的形状、孔の機能化またはこれらの組合せの選択により制御することができる。
【００２７】
生物環境中の物質の運搬および送達方法も本明細書に記載する。いくつかの実施形態では、方法は、グラフェンまたは他の二次元材料から形成された筐体を生物環境に導入し、該筐体内の物質の少なくとも一部を生物環境に放出することを含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、グラフェンまたは他の二次元材料から形成された筐体を生物環境に導入し、物質が生物環境から該筐体内に移動することを可能とすることを含むことができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、筐体は、該筐体の少なくとも１つの壁を形成する穿孔した二次元材料を含んでなり、該筐体を該筐体外部の環境から分離し、基材層を該二次元材料上に配置する。いくつかの実施形態では、筐体は２つ以上のサブコンパートメントを備える。いくつかの実施形態では、筐体またはサブコンパートメント内または外への物質の通過がほとんど独占的に（すなわち、少なくとも９５％）穿孔した二次元材料平面内の欠陥、孔または開口部を通って起こる場合、筐体またはサブコンパートメントは該筐体またはサブコンパートメント外部の環境から「実質的に密閉」されている。特に、筐体またはサブコンパートメント内または外への物質の通過がほとんど独占的に（すなわち、少なくとも９５％）穿孔した二次元材料平面内の欠陥、孔または開口部を通って起こる場合、穿孔した二次元材料の端部は「実質的に密閉」されている。密閉の程度を、例えば、孔のあるなしで製造されたコントロール筐体を用いた完全性試験に基づいて算出することができる。
【００２９】
穿孔した二次元材料の孔を通過することにより少なくとも１つの物質を筐体外部の環境に放出するように、少なくとも１つの物質を該筐体内に封入することができる。いくつかの実施形態では、筐体内の少なくとも１つの物質（例えば、細胞）は、穿孔した二次元材料の孔を通過することにより筐体外部の環境に放出することができる第二物質（例えば、インスリン）を生産する。いくつかの実施形態では、２つ以上の異なる物質を筐体内に封入する。いくつかの実施形態では、二次元材料の孔を通過して筐体外部の環境に放出される筐体内の物質は医薬であり得る。いくつかの実施形態では、筐体内の物質は細胞であり、二次元材料の孔の大きさを、筐体内の細胞を保持し、免疫細胞および免疫複合体が該筐体外部の環境から該筐体に進入するのを出来るだけ遮断するように選択する。いくつかの実施形態では、筐体内の物質は細胞であり、二次元材料の孔の大きさを筐体内の細胞を保持するように選択するが、該筐体外部の環境からの免疫細胞および免疫複合体が該筐体に進入することができる。例えば、細胞は幹細胞、酵母細胞、細菌細胞、または哺乳類細胞であり得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、二次元材料の孔の大きさは、１〜５０ｎｍ、１〜４０ｎｍ、１〜３０ｎｍ、１〜２５ｎｍ、１〜１７ｎｍ、１〜１５ｎｍ、１〜１２ｎｍ、１〜１０ｎｍ、３〜５０ｎｍ、３〜３０ｎｍ、３〜２０ｎｍ、３〜１０ｎｍ、または３〜５ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、孔の大きさは、約１ｎｍ、約３ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、または約５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、二次元材料はグラフェンまたはグラフェン系材料である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ポリマーフィラメントを、筐体の内側、筐体の外側または筐体の内側と外側との両方に配置する。いくつかの実施形態では、基材層は、１ｍｍ以下、約１００μｍ以下、約１０μｍ以下、約１μｍ以下、または約１０ｎｍ以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、基材層は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２ｎｍ〜約５ｎｍ、約５ｎｍ〜約１０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ポリマーフィラメントを、湿式静電紡糸法または乾式静電紡糸法により二次元材料に適用し、繊維層を成膜する時に複数の孔が繊維層中に導入されるように、二次元材料の打出し前に繊維を乾燥する。繊維層は、その厚さ全体にわたって多孔度勾配を有しても有しなくてもよい。いくつかの実施形態では、基材層は、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリグリコリド酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、ポリアミド（ナイロン６６、ｓｕｐｒａｍｉｄおよびｎｙｌａｍｉｄなど）、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、その混合物およびブロック共重合体からなる群から選択される材料を含んでなる。いくつかの実施形態では、基材層を製造するために使用する材料は疎水性および／または親水性である。いくつかの実施形態では、基材層を製造するために使用する材料は高純度であり、溶媒を含まず、および／または医療グレードである。
【００３２】
いくつかの実施形態では、基材層は、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原またはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる。いくつかの実施形態では、添加剤は、基材層内に濃度勾配を有することができる（例えば、二次元材料をＸ−Ｙ平面と定義する場合、Ｚ方向に沿って）。例えば、添加剤濃度は、二次元材料より遠位側より二次元材料より近位側により大きくまたはより小さくなり得る。例えば、静電紡糸過程中に１つ以上の添加化合物の濃度を変化させることにより、このような勾配を得ることができる。いくつかの実施形態では、例えば、流体のみが基材の特定のレベルまで上昇する（すなわち、基材全部を覆わない）浴中で基材層を浸漬することにより、勾配を得ることができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、筐体は、二次元材料層と基材層との間に配置された中間層をさらに備える。
【００３４】
いくつかの実施形態は、穿孔した二次元材料および該穿孔した二次元材料上に配置された複数のポリマーフィラメントを含んでなる繊維層を備える筐体を環境へ導入することであって、該筐体が少なくとも１つの物質を含むこと；および該筐体外部の環境に該二次元材料の孔を通って少なくとも１つの物質の少なくとも一部を放出することを含んでなる方法を含んでなる。いくつかの実施形態では、環境は生物環境である。いくつかの実施形態では、その一部が放出される少なくとも１つの物質は薬剤である。いくつかの実施形態では、筐体は、該筐体から放出されない細胞を含み、その一部が放出される少なくとも１つの物質は、該筐体内の細胞により生成された物質である。本明細書においていずれの筐体もこの方法で使用することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、方法は：穿孔した二次元材料を含んでなる筐体を環境に導入することであって、該筐体が少なくとも１つの第一物質を含むこと；および環境からの第二物質の該筐体への移動を可能とすることを含んでなる。本明細書においていずれの筐体もこの方法で使用することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第一物質は細胞であり、第二物質は栄養素または酸素である。
【００３７】
いくつかの実施形態では、筐体内の第一物質と、該筐体に進入する第二物質との反応または複合体形成時に、第二物質を、該筐体内部に実質的に捕捉し、該筐体外部の環境に戻ることを抑制する。例えば、第一および第二物質の化学複合体は、第二物質の１０％未満、５％未満、２％未満または１％未満が該筐体外部の環境に戻るように、二次元材料の平均細孔径より大きくなり得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、方法は：穿孔した二次元材料を含んでなる筐体を環境に導入することであって、該筐体が少なくとも１つの物質を含むこと；および該筐体外部の環境に該二次元材料の孔を通って少なくとも１つの物質の少なくとも一部を放出することを含んでなる。本明細書においていずれの筐体もこの方法で使用することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、方法は：穿孔した二次元材料を含んでなる筐体を環境に導入することであって、該筐体が少なくとも１つの第一物質を収容すること；および環境からの第二物質の該筐体への移動を可能とすることを含んでなる。いくつかの実施形態では、第一物質は細胞であり、第二物質は栄養素であり、別の第二物質は酸素である。本明細書においていずれの筐体もこの方法で使用することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、複合構造は、穿孔した二次元材料；および該二次元材料の面に固定された複数のポリマーフィラメントを含んでなる第一繊維層を含んでなり；該複合構造は実質的に平面である。いくつかの実施形態では、穿孔した二次元材料は、第一繊維層と反対側の該二次元材料の面に固定された第二繊維層を有する。いくつかの実施形態では、第一および／または第二繊維層は、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる。いくつかの実施形態では、実質的に平面である複合構造物は柔軟性である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】グラフェンのいくつかの実施形態の模式図である。
【００４２】
【図２Ａ】図２Ａは、二次元材料を含んでなる筐体構成の様々な構成を有するいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、二次元材料を含んでなる筐体構成の様々な構成を有するいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、二次元材料を含んでなる筐体構成の様々な構成を有するいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、二次元材料を含んでなる筐体構成の様々な構成を有するいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、二次元材料を含んでなる筐体構成の様々な構成を有するいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【００４３】
【図３Ａ】図３Ａは、生細胞の免疫隔離用に導入される筐体のいくつかの実施形態の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、生細胞の免疫隔離用に導入される筐体のいくつかの実施形態の概略図である。
【００４４】
【図４Ａ】図４Ａは、筐体の製造のいくつかの実施形態を図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、筐体の製造のいくつかの実施形態を図示する。
【図４Ｃ】図４Ｃは、筐体の製造のいくつかの実施形態を図示する。
【００４５】
【図５】グラフェン上に配置された複数の静電紡糸したＰＶＤＦ繊維を含むいくつかの実施形態の例証のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００４６】
【図６】二次元材料および２つの繊維層を含んでなる複合構造のいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。繊維層は、二次元材料に近接して血液を供給する毛細血管の内殖を可能として、該二次元材料の反対側に細胞、タンパク質、組織等で分子の交換を促進する。ＳＥＭ顕微鏡写真は、異なる細孔径を有する繊維層を含む実施形態を示す。
【００４７】
【図７】二次元材料（例えば、グラフェン）、必要により中間層（例えば、トラックエッチングしたポリマー膜）、および二次元材料とより近くに間隔を空けたより目の詰まった繊維およびさらに二次元材料から増大した効果的細孔径を有する繊維層を含んでなる複合構造のいくつかの実施形態の概略図を示す。図７Ａは、複合構造の様々な位置からのＳＥＭ顕微鏡写真も示す。直接基材成膜（７Ｂ）、ハイブリッド薄膜＋成膜（７Ｃ）、ハイブリッド基材成膜＋薄膜ポリマーサンドイッチグラフェン層（７Ｄ）およびハイブリッド基材位置＋グラフェン層の同じ側のポリマー薄膜を用いた変化形も含まれる。
【００４８】
【図８】グラフェンまたはグラフェン系材料および成長用基材を波型鋳型上に加圧し（２）；静電紡糸した繊維層を適用し（３）；鋳型からグラフェンまたはグラフェン系材料、成長用基材および繊維層を取り出し（４）；成長用基材をエッチングして（５）、高表面積を有する静電紡糸した材料上のグラフェンまたはグラフェン系材料を製造する（６）ことにより、平面成長用基材（１）上に化学蒸着後のグラフェンまたはグラフェン系材料の波型のいくつかの実施形態の例示的概略図を示す。
【００４９】
【図９】図８に示すように、成長用基材上でグラフェンまたはグラフェン系材料を受けるための波型円筒形加工物のいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。回転しない、または平面上の繊維層のエレクトロスプレー成膜はランダムに分布した繊維層を製造するが、エレクトロスプレー過程中の円筒形加工物は整列した繊維層を製造する。図において、円筒物の外側全体が波型である。
【００５０】
【図１０】メッシュ強化した繊維層上に二次元材料を製造するための方法のいくつかの実施形態の例証の概略図を示す。
【００５１】
【図１１】繊維層上のグラフェンまたはグラフェン系材料の二層のいくつかの実施形態のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００５２】
【図１２】様々な拡大倍率で、図に記載したように２つの異なる静電紡糸処方を用いた基材上の単層または二層グラフェンのいくつかの実施形態のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。両方の処方において、７％ナイロン６６を静電紡糸し、グラフェンを静電紡糸層に転移させた。図中の矢印は、欠陥および／またはグラフェンがドレープする領域を示す。
【００５３】
【図１３】図１２における処方１に従って製造した基材上の単層グラフェンのいくつかの実施形態の高倍率ＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００５４】
【図１４Ａ】図１４Ａは、基材層（例えば、図中、「弯曲膜」および「トラックエッチング膜」と言う）；二次元膜；および基材層および二次元膜層の両方を含む複合構造のいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、毒性試験および移植試験に付した材料の例示となる実施形態を図示する。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、毒性試験で使用した例示的試験材料のいくつかの実施形態の写真を示す。
【００５５】
【図１５】免疫隔離の方法におけるグラフェンの使用のいくつかの実施形態を図示する。
【００５６】
【図１６】免疫隔離の方法におけるグラフェンの製造および使用のいくつかの実施形態を図示する。
【００５７】
【図１７】複合構造（例えば、基材層＋穿孔したグラフェン層）で製造したデバイスのいくつかの実施形態を図示する。
【００５８】
【図１８】二次元グラフェンの細孔の大きさに基づいていくつかの実施形態の二次元グラフェンにより選択的に遮断することができる物質の例を図示する（図は正確な縮尺ではない）。図中に記載の全サイズは近似である。
【００５９】
【図１９】トラックエッチングしたポリイミド、トラックエッチングしたポリカーボネートマイクロポーラスＳｉＮ、静電紡糸膜、ＰＶＤＦ精密ろ過膜、ナノポーラスＳｉＮ、カーボンナノマテリアル膜、およびＳｉＮマイクロシーブを含む様々な基材上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態を示す。右端の図は、ＳｉＮマイクロポーラス基材上のグラフェンのさらに拡大した図を示す。
【００６０】
【図２０】特注のトラックエッチングしたポリイミド（ＴＥＰＩ）のいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。
【００６１】
【図２１】トラックエッチングしたポリイミド上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。
【００６２】
【図２２】トラックエッチングしたポリイミド上に配置した穿孔したグラフェンのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。図の右側は、図の左側の白線で囲んだ四角に相当するさらに拡大した写真である。
【００６３】
【図２３】静電紡糸したナイロン６６上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。
【００６４】
【図２４】図２３に示した顕微鏡写真の拡大写真を示す。
【００６５】
【図２５】コントロールと比較して、いくつかの実施形態の基材層および穿孔したグラフェン層を横切った小さい（Ａｌｌｕｒａ  Ｒｅｄ  ＡＣ）および大きい（銀ナノ粒子）検体の拡散輸送を示す。図中、明るい網掛け棒はＡｌｌｕｒａ  Ｒｅｄ  ＡＣの透過性を示し、暗い網掛け棒はＡｌｌｕｒａ  Ｒｅｄ  ＡＣの透過性：銀ナノ粒子の透過性の比を示す。図は、拡散輸送を試験するために使用できるデバイスの写真も含む。
【００６６】
【図２６】ＳｉＮ基材層、コントロール膜（バイオポア（Ｂｉｏｐｏｒｅ））、穿孔したグラフェン層、および穿孔していないグラフェン層を横切った免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）に結合したフルオレセインの正規化拡散輸送に関連するデータを示す。棒グラフ中、棒は、左から右へ順番に、（ｉ）ベアチップ（Ｂａｒｅ  Ｃｈｉｐ）（左端の棒）、（ｉｉ）穿孔したグラフェン、（ｉｉｉ）穿孔していないグラフェン（最も低い流量の棒）、および（ｉｖ）バイオポア（右端の棒）を示す。線グラフ中、線は、最も高いＩｇＧ濃度からより低いＩｇＧ濃度に、（ｉ）コーティングなしのチップ、（ｉｉ）穿孔したグラフェン、（ｉｉｉ）バイオポア膜、および（ｉｖ）穿孔していないグラフェン（点で表されている）を示す。
【００６７】
【図２７】穿孔したグラフェン（グラフ中最も高い検体濃度の線）およびコントロール膜（バイオポア）（グラフ中２番目に高い検体濃度の線）を横切るフルオレセインの透過性、および穿孔したグラフェン（グラフ中３番目に高い検体濃度の線）およびコントロール膜（グラフ中最も低い検体濃度の線）を横切るＩｇＧの透過性に関連するデータを示す。
【００６８】
【図２８】１００ｎｍ径Ｒｅｄ（５８０／６０５）フルオスフィア（ＦｌｕｏｒｏＳｐｈｅｒｅ）が穿孔したグラフェンの横断を制限するが、フルオレセインは該穿孔したグラフェンを横断可能である場合のいくつかの実施形態の写真を示す。
【００６９】
【図２９Ａ】図２９Ａは、様々な基材層、穿孔したグラフェンおよび穿孔していないグラフェンでコーティングした基材層を横切るフルオレセインの透過性に関連するデータを示す。図中、左端の区画はコントロール膜（バイオポア）で行った透過性実験に関し；中央の区画はコーティングなしの基材、ＴＥＰＩ−４００／７（中央区画中の左２本の棒）および穿孔していないグラフェン２層をコーティングしたＴＥＰＩ−４００／７（中央区画中の右端の棒）で行った透過性実験に関し；右端の区画はコーティングなしの基材ＴＥＰＩ−４６０／２５（左５本の棒）、穿孔したグラフェン２層をコーティングしたＴＥＰＩ−４６０／２５（最も低い透過性の２本の棒）、および穿孔したグラフェンでコーティングしたＴＥＰＩ−４６０／２５（右６本の棒）で行った透過性実験に関する。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、コーティングなしの基材、穿孔したグラフェンをコーティングした基材、および穿孔していないグラフェンをコーティングした基材を横切るフルオレセインの透過性に関連するデータを示す。
【図２９Ｃ】図２９Ｃは、コーティングなしの基材およびグラフェンをコーティングした基材を横切るフルオロスフィアの透過性に関連するデータを示す。
【００７０】
【図３０】様々な細孔径を有する穿孔したグラフェンのいくつかの実施形態のＴＥＭ画像を示す。左端２枚の画像は比較的小さい細孔の穿孔したグラフェンを示し；右端２枚の画像は比較的大きな細孔の穿孔したグラフェンを示す。図中、下段中央の顕微鏡写真および下段右端の顕微鏡写真の穿孔したグラフェンは、Ｘｅイオン照射を用いて拡張した。
【００７１】
【図３１】比較的大きな領域にわたってグラフェンの一貫した穿孔を示すいくつかの実施形態のＳＥＭ画像を示す。
【００７２】
【図３２】拡張により穿孔したグラフェンの細孔径を調整することが可能であることを示すいくつかの実施形態のＳＥＭ画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
いくつかの実施形態は、生物環境中の血管新生（すなわち、血管形成誘導）および／または組織内殖をすぐ近くに促進する筐体を貫通する物質の選択された通路に関する。いくつかの実施形態は、例えば、二次元材料を含んでなる複合構造を用いて、生物環境中の物質の選択的分離または単離のための方法およびデバイスを含む。いくつかの実施形態は、コンパートメントおよび該コンパートメント外部の環境から該コンパートメントを分離する壁を備える筐体を含む。いくつかの実施形態では、壁は、二次元材料および基材層を含んでなる。グラフェン系材料などの二次元材料について以下に述べる。
【００７４】
筐体はいずれもの形状であり得る。従って、筐体の横断面は、例えば、円形、楕円形、四角形、正方形、または不規則な形状であり得る。筐体の大きさも限定されず、血流中で循環するのに充分に小さい（例えば、ナノメートルオーダーまたはそれより大きい）、または移植するのに充分大きい（例えば、インチオーダーまたはそれより小さい）ものであり得る。いくつかの実施形態では、筐体は、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１μｍ、約１μｍ〜約５００μｍ、約５００μｍ〜約１ｍｍ、約１ｍｍ〜約５００ｍｍ、約５００ｍｍ〜約１ｃｍ、約１ｃｍ〜約１０ｃｍ、または約１ｃｍ〜約６インチ長など、その最長寸法で１００ｎｍ〜６インチ長である。いくつかの実施形態では、筐体は、約１０インチまたは約１５インチなど、その最長寸法で６インチより長い。
【００７５】
壁の厚さは、壁に使用する二次元材料層および／または基材層に、部分的に依存するだろう。従って、いくつかの実施形態では、二次元材料層および基材層の両方を含んでなる壁またはその一部は、約５ｎｍ〜約１μｍ厚、約５ｎｍ〜約２５０ｎｍ厚、約５〜約５０ｎｍ厚、約５〜約２０ｎｍ厚、または約２０〜約５０ｎｍ厚など、少なくとも５ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態では、壁の厚さは、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１１ｎｍ、約１２ｎｍ、約１３ｎｍ、約１４ｎｍ、約１５ｎｍ、約１６ｎｍ、約１７ｎｍ、約１８ｎｍ、約１９ｎｍ、約２０ｎｍ厚、約２５ｎｍ厚、約３０ｎｍ厚、約３５ｎｍ厚、約４０ｎｍ厚、約４５ｎｍ厚、約５０ｎｍ厚、約１００ｎｍ厚、約１５０ｎｍ厚、約２００ｎｍ厚、約２５０ｎｍ厚、約３００ｎｍ厚、約４００ｎｍ厚、約５００ｎｍ厚、約６００ｎｍ厚、約７００ｎｍ厚、約８００ｎｍ厚、約９００ｎｍ厚、または約１μｍ厚である。いくつかの実施形態では、壁の厚さは、約１μｍ厚以下または約１ｍｍ厚以下である。いくつかの実施形態では、壁の厚さは、酸素および栄養素が、筐体中に、筐体から外へ双方向の通過が可能になるように製造する。いくつかの実施形態では、壁の厚さは、筐体内の細胞の生存を維持するのに充分な濃度で、筐体内に酸素および栄養素の進入が可能となるように製造する。
【００７６】
いくつかの実施形態では、基材層は、約１ｍｍ以下、約１μｍ以下、または約１００ｎｍ以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、基材層の厚さは、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、または約１μｍ〜約５０μｍ、または約１０μｍ〜約２０μｍ、または約１５μｍ〜約２５μｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、基材層は、約１０μｍ以上または約１５μｍ以上の厚さを有する。いくつかの実施形態では、基材層は、１μｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、基材層は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有する。
【００７７】
いくつかの実施形態では、筐体を１つ以上の支持構造物により支持することができる。いくつかの実施形態では、支持構造物はそれ自体多孔性構造を有することができ、その細孔が二次元材料の細孔より大きい。いくつかの実施形態では、支持構造物を二次元材料の外周の枠として形成する。いくつかの実施形態では、支持構造物は、二次元材料の外周より内側に部分的に位置する。いくつかの実施形態では、基材層は、二次元材料層に対する構造支持（例えば、裂けおよび／または曲がりを防止するため）の所望の程度を伝達することができる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、基材層は、二次元材料の両側または表面に位置する。従って、いくつかの実施形態では、基材は筐体の外側に位置し、場合によっては、外部環境に暴露されている（例えば、筐体の外側に位置する基材を含むデバイスのいくつかの実施形態を示す図１７参照）。いくつかの実施形態では、基材は筐体の内側に位置し、該筐体外部の環境から分離され得る（たとえ、基材を筐体外部の環境から分離することができるとしても、二次元材料層および／または基材層の細孔によって外部環境からの成分にやはり暴露され得る）。いくつかの実施形態では、基材は、筐体の外側および内側の両方に位置する。この場合、筐体の外側の基材は、筐体の内側の基材と同じ材料でも異なった材料でも含むことができる。いくつかの実施形態では、２つ以上の基材層は二次元材料層の同じ側に位置する（例えば、２つ以上の基材層は筐体の外側に位置することができる）。いくつかの実施形態では、基材を二次元材料上に直接配置する。いくつかの実施形態では、基材を、高適合性を有する二次元材料上に配置する（例えば、二次元材料上への僅かに湿った基材の配置により）。いくつかの実施形態では、基材を、低適合性で暴露する。いくつかの実施形態では、基材を、二次元材料上に間接的に配置する；例えば、中間層は基材層と二次元材料層との間に位置し得る。いくつかの実施形態では、基材層を別の基材層上に直接または間接的に配置する。いくつかの実施形態では、二次元材料を基材層上に浮かす。いくつかの実施形態では、基材層を二次元材料層に固定する（例えば、例示的基材層、二次元材料層、および二次元材料に固定した基材を示す図１４Ａ参照；細胞毒性試験および移植試験に基づいて細胞毒性でないと決定したいくつかの実施形態を示す図１４Ｂも参照）。
【００７９】
いくつかの実施形態では、基材層は、筐体近くに血管新生を増加させることができ、従って該筐体に近接近して血管および／または組織内殖の形成を促進する。いくつかの実施形態では、血管新生増加は、血流と、筐体から溶出する物質との実行距離の減少に寄与する。いくつかの実施形態では、血管新生増加は、筐体内に封入された細胞などの物質の生存に寄与する。
【００８０】
基材層は多孔性および／または非多孔性であり得る。いくつかの実施形態では、基材層は、多孔性および非多孔性の区域を含む。いくつかの実施形態では、基材層は、多孔性または透過性繊維層を含んでなる。多孔性基材は、例えば、セラミックおよび薄膜ポリマーの１つ以上を含む。例示的セラミックとしては非多孔性シリカ（二酸化ケイ素）、ケイ素、ＳｉＮ、およびその組合せが挙げられる。いくつかの実施形態では、基材層は、トラックエッチングしたポリマー、発泡ポリマー、パターン化ポリマー、織布ポリマー、および／または不織布ポリマーを含んでなる。いくつかの実施形態では、基材層は、複数のポリマーフィラメントを含んでなる。いくつかの実施形態では、ポリマーフィラメントは、例えば、必要によりアニーリング工程で成形または硬化することができる、熱重合ポリマー、熱可塑ポリマー、または溶融ポリマーを含んでなることができる。いくつかの実施形態では、ポリマーフィラメントは疎水性である。いくつかの実施形態では、ポリマーフィラメントは親水性である。いくつかの実施形態では、基材層は、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリグリコリド酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）、ポリアミド（ナイロン６６、ｓｕｐｒａｍｉｄおよびｎｙｌａｍｉｄなど）、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、これらのいずれかの混合物およびブロック共重合体、ならびにその組合せおよび／または混合物からなる群から選択されるポリマーを含んでなる。いくつかの実施形態では、ポリマーは生体適合性、生体不活性および／または医療グレード材料である。例として、図１９は、様々な基材上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態を示す。図２０は、特注のトラックエッチングしたポリイミドのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。図２１および２２は、トラックエッチングしたポリイミド上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。図２３および２４は、静電紡糸したナイロン６６上に配置したグラフェンのいくつかの実施形態の顕微鏡写真を示す。
【００８１】
いくつかの実施形態では、基材層は、生分解性ポリマーを含んでなる。いくつかの実施形態では、基材層は、筐体周囲のシェルを形成する（例えば、完全に筐体を包み込む）。いくつかの実施形態では、基材層シェル、またはその一部を、例えば、インビトロで溶解または分解することができる。いくつかの実施形態では、シェルは、空気から筐体内部の物質を保護または安定剤を必要としない添加剤を含む添加剤が詰め込むことができる。
【００８２】
二次元材料上に多孔性または透過性ポリマーを成膜または形成するための適切な技術としては、スピンコート法、スプレーコート法、カーテンコート法、ドクターブレード法、浸漬コート法、静電紡糸法、または他の同様な技術などの方法を用いて二次元材料または中間層上にポリマー溶液をキャスティングまたは成膜することが挙げられる。静電紡糸技術は、例えば、米国特許公開第２００９／００２０９２１号および／または米国出願第１４／６０９，３２５号に記載されており、これら両方はその全文を参照することにより本明細書に組み入れられるものとする。
【００８３】
いくつかの実施形態では、基材層の形成方法としては、複数のポリマーフィラメントを横にして、例えば、二次元材料層上に多孔性マットを形成する、静電紡糸法が挙げられる。いくつかの実施形態では、マットは繊維層の成膜したフィラメント間にある細孔または空隙を有する。図５は、複数の静電紡糸したＰＶＤＦ繊維上に成膜したグラフェンまたはグラフェン系膜の例証するＳＥＭ顕微鏡写真を示す。いくつかの実施形態では、静電紡糸法は、湿式静電紡糸法または乾式静電紡糸法などの溶融静電紡糸法または溶液静電紡糸法を含んでなる。（例えば、Sinha-Ray et al. J. Membrane Sci. 485, 1 July 2015, 132-150。）いくつかの実施形態では、ポリマーは、２重量％〜１５重量％、または５重量％〜１０重量％、または約７重量％の濃度でスピンドープ中に存在し得る。スピンドープに適切な溶媒としては、成膜するポリマーを溶解し、ｍ−クレゾール、ギ酸、ジメチルホルムアミド（ＤＭＳＯ）、エタノール、アセトン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、水、およびその組合せなどの急速に蒸発するいずれもの溶媒が挙げられる。いくつかの実施形態では、スピンドープ溶媒は生体適合性および／または生体不活性である。いくつかの実施形態では、使用する溶媒量は、基材層の形態に影響を及ぼし得る。乾式静電紡糸法では、繊維層の紡糸繊維は、一旦成膜された本質的に個別の存在（discrete entities）として残存し得る。いくつかの実施形態では、湿式静電紡糸法は、成膜される場合に少なくとも部分的に一緒に融着するように紡糸繊維を成膜する。いくつかの実施形態では、成膜繊維マットの大きさおよび形態（例えば、多孔度、有効細孔径、繊維層の厚さ、勾配多孔性）を、使用する静電紡糸法に基づいて目的に合わせることができる。
【００８４】
繊維層の多孔度は、広範囲の空隙サイズを有し、約９５％以下（すなわち、層は９５％開口している）、約９０％、約８０％、または約６０％の有効空隙値（例えば、画像により測定）を含み得る。いくつかの実施形態では、単一の紡糸口金を移動して繊維層のマットを横にすることができる。いくつかの実施形態では、複数の紡糸口金をこの目的に使用することができる。いくつかの実施形態では、静電紡糸した繊維層の紡糸繊維は、約１ｎｍ〜約１００μｍ、または約１０ｎｍ〜約１μｍ、または約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、または約１μｍ〜約５μｍ、または約１μｍ〜約６μｍ、または約５μｍ〜約１０μｍの範囲の繊維径を有することができる。いくつかの実施形態では、繊維径は二次元材料（Ｘ−Ｙ平面に配置）と隣接する細孔の深さ（Ｚ軸）と直接的に相関し、大きな径の繊維は材料の大きな支持のないスパンに通ずることができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、基材層は、約１ｎｍ〜約１００μｍ、または約１０ｎｍ〜約１μｍ、または約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、または約１μｍ〜約５μｍ、または約１μｍ〜約６μｍ、または約５μｍ〜約１０μｍの有効細孔径を有する細孔（例えば、空隙）を有し得る。基材層の細孔径を、例えば、ポロメトリー法（例えば、キャピラリーフローポロメトリー）により測定または画像により推定することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、基材層は、その厚さ全体にわたって平均細孔径の勾配を有することができる。「平均細孔径の勾配」は、細孔の二次元材料との近接により細孔の平均径が増減する、複数の細孔を有する層を言い表す。例えば、繊維層は、グラフェン系材料面に近いほど小さくなる平均細孔径の勾配を有することができる。いくつかの実施形態では、繊維層の平均細孔径は、繊維層の反対面よりグラフェン系材料面に近いほどより小さい。例えば、繊維層は、中間層または二次元材料層に近くでは約２００ｎｍ未満の有効細孔径であり、中間層または二次元材料層から離れた最大距離で１００μｍより大きく増大し得る有効細孔径を有することができる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、繊維層は、その厚さ全体にわたって多孔度勾配を有することができ、例えば、画像を用いて測定することができる。「多孔度勾配」は、二次元材料層からの距離の関数として繊維層の次元に沿って多孔度または全細孔容積の変化を言い表す。例えば、多孔性繊維層の厚さ全体にわたって、多孔度は規則的または不規則的に変化し得る。多孔度勾配は、繊維層の１つの面から他の面に向かって減少し得る。例えば、繊維層の最も低い多孔度は二次元材料に空間的に最も近い位置であり、最も高い多孔度はもっとも離れた（例えば、外部環境に空間的により近い）位置であり得る。繊維マットが二次元材料面の近くでより高密度であり、二次元材料面から遠くでより低密度であるように、二次元材料上に繊維を静電紡糸することにより、この種の多孔度勾配を得ることができる。いくつかの実施形態では、基材層は、二次元材料の近くで比較的低多孔度を有し、繊維層厚さ（例えば、強化用支持メッシュまたは他の粒子を含むことができる）の中央点でより高い多孔度を有し、二次元材料から遠位の外面で比較的低い多孔度に戻ることができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、基材層は、その厚さ全体にわたって「透過率勾配」を有することができる。本明細書で使用するとき、「透過率勾配」は、繊維層の次元に沿って、多孔性材料を通過する液体または気体の「透過率」または流速の変化を言い表す。例えば、繊維層の厚さ全体にわたって、透過率は規則的または不規則的に変化し得る。透過率は、繊維層の１つの面から他の面に向かって減少し得る。例えば、繊維層の最も低い透過率をグラフェンもしくはグラフェン系膜または二次元材料に空間的に近くに位置することができ、最も高い透過率をより遠くに位置することができる。当業者は、層の透過率が、例えば、化学的機能化、印加圧、電圧、または他の因子に応じて、細孔径または多孔度の変化なしで増減し得ることを理解しているだろう。
【００８９】
いくつかの実施形態では、二次元材料層および基材層の両方がその中に複数の細孔を備える。いくつかの実施形態では、二次元材料層および基材層の両方が細孔を含み、二次元材料層の細孔は基材層の細孔より平均して小さい。いくつかの実施形態では、二次元材料層の細孔径のメディアンは、基材層の細孔径のメディアンより小さい。例えば、いくつかの実施形態では、基材層は約１μｍ以上の平均径および／またはメディアン径を有する細孔を含むことができ、二次元材料層は約１０ｎｍ以下の平均径および／またはメディアン径を有する細孔を含むことができる。従って、いくつかの実施形態では、二次元材料層の細孔の平均径および／またはメディアン径は、基材層の細孔の平均径および／またはメディアン径の少なくとも約１０分の１と小さい。いくつかの実施形態では、二次元材料層の細孔の平均径および／またはメディアン径は、基材層の細孔の平均径および／またはメディアン径の少なくとも約１００分の１と小さい。
【００９０】
いくつかの実施形態は、細胞毒性などの低毒性または無毒である筐体を備える。いくつかの実施形態では、筐体は対象に移植された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、筐体は、細胞、皮膚、血液、体液、または筋肉に対して細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、筐体は、対象に注入された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、筐体は、対象により経口摂取された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、筐体は、インビトロで使用された場合に細胞毒性でない。
【００９１】
いくつかの実施形態は、細胞毒性などの低毒性または無毒である多孔性二次元材料などの二次元材料（例えば、グラフェン系材料）を含んでなる。いくつかの実施形態では、二次元材料は、細胞、皮膚、血液、体液、または筋肉に対して細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、二次元材料は対象に移植された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、二次元材料は対象に注入された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、二次元材料は対象により経口摂取された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、二次元材料は、インビトロで使用された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、二次元材料を、第二材料の細胞毒性に実質的に影響しない第二材料（例えば、基材）上に固定または配置することができる。いくつかの実施形態では、第二材料への二次原材料の固定（または配置）は、第二材料の細胞毒性を低下させ得る。
【００９２】
いくつかの実施形態は、細胞毒性などの低毒性または無毒である複合構造を備える。いくつかの実施形態では、複合構造は、細胞、皮膚、血液、体液、または筋肉に対して細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、複合構造は対象に移植された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、複合構造は対象に注入された場合に細胞毒性でない。いくつかの実施形態では、複合構造は対象により経口摂取された場合に細胞毒性でない。いくつかでは、複合構造は、インビトロで使用された場合に細胞毒性でない。
【００９３】
細胞毒性を、例えば、細胞生存アッセイまたは移植試験を用いて測定することができる。いくつかの実施形態では、暴露後少なくとも２４時間、筐体および／または複合構造に暴露した約７０％より多い細胞が生存可能である。いくつかの実施形態では、暴露後少なくとも２４時間、筐体および／または複合構造に暴露した少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％の細胞が生存可能である。
【００９４】
いくつかの実施形態では、デバイス、筐体および／または複合材料は、約３．０〜約８．９、または約０．０〜約２．９など、約８．９以下の生体反応性評点を有する。いくつかの実施形態では、デバイス、筐体および／または複合材料は、約０．０、約０．５、約０．７、約１．０、約１．５、約２．０、約２．２、約２．５、または約２．９の生体反応性評点を有する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、移植した筐体および／または複合構造周囲の組織は、細胞毒性の実質的徴候を示さない。従って、いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造は、筐体および／または複合構造に暴露した組織内において、炎症、被包、出血、壊死、変色、多形核細胞、リンパ球、プラズマ細胞、マクロファージ、巨細胞、壊死、新血管新生、線維症、脂肪浸潤物、またはその組合せの徴候がない、軽度の徴候、または中程度の徴候を引き起こす。いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、炎症、被包、出血、壊死、変色、またはその組合せの徴候を示さない。いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、炎症、被包、出血、壊死、変色、またはその組合せの軽度または中程度の徴候を示す。
【００９６】
いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、多形核細胞、リンパ球、プラズマ細胞、マクロファージ、巨細胞、壊死、またはその組合せなどの炎症反応の徴候を示さない。いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、多形核細胞、リンパ球、プラズマ細胞、マクロファージ、巨細胞、壊死、またはその組合せなどの炎症反応の軽度または中程度の徴候を示す。いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、新血管新生、線維症、脂肪浸潤物、またはその組合せなどの治癒反応の徴候を示さない。いくつかの実施形態では、筐体および／または複合構造に暴露した組織の顕微鏡評価は、新血管新生、線維症、脂肪浸潤物、またはその組合せなどの治癒反応の軽度または中程度の徴候を示す。
【００９７】
いくつかの実施形態では、細胞毒性の程度を、肉眼評価または顕微鏡評価に基づいて等級に分類し、等級をコントロール筐体および／または構造の細胞毒性と関連することができる。従って、いくつかの実施形態では、炎症、被包、出血、壊死、変色、多形核細胞、リンパ球、プラズマ細胞、マクロファージ、巨細胞、壊死、新血管新生、線維症、脂肪浸潤物、またはその組合せの徴候がない、軽度の徴候、または中程度の徴候は、コントロールと比較したものとなる（例えば、いくつかの実施形態では、観察された炎症がコントロールを用いて観察されるより少ない場合、筐体および／または複合構造は炎症の徴候がない）。
【００９８】
いくつかの実施形態は、環境に対して低毒性または無毒（例えば、細胞毒性）の筐体から環境への物質の放出方法を含んでなる。いくつかの実施形態は、対象に、低毒性または無毒の筐体により、糖尿病などの病状または疾病を治療することを含む。いくつかの実施形態は、免疫隔離（すなわち、物質を免疫反応から防御する）、持効薬の放出（例えば、持続または遅延放出）、血液透析、または血液ろ過の方法において無細胞毒性または低細胞毒性筐体の使用を含んでなる。
【００９９】
いくつかの実施形態は、（ａ）穿孔したグラフェン系材料層および（ｂ）該穿孔したグラフェン系材料の少なくとも１つの面に直接または間接的に固定された基材層を備える複合構造物を備えるデバイスを封入することを含んでなる。いくつかの実施形態は、封入したデバイスは、穿孔したグラフェン系材料層を備えない匹敵するデバイスと比較して、低下した細胞毒性を有する。
【０１００】
いくつかの実施形態は、複合構造を有する治療デバイスのコーティング方法を含んでなる。いくつかの実施形態では、複合構造を治療デバイスの外面に適用する。いくつかの実施形態は、コーティングした治療デバイスを含んでなる。いくつかの実施形態では、コーティングした治療デバイスは、該複合構造でコーティングしていない相当する治療デバイスより低い毒性（例えば、細胞毒性）を有する。
【０１０１】
図６は、筐体が、穿孔した二次元材料の外側に位置する繊維層などの１つ以上の基材層を備える生物組織と接触する生物環境中の筐体の一部を図示する。図６は、基材層への毛細血管の血管新生も示す。理論に束縛されないが、グラフェンの生体適合性は、特にグラフェンを機能化して特定の生物環境との適合性を改善することにより（例えば、利用可能なエッジボンド（edge bonds）、バルク表面機能付与、π結合等により）、この応用をさらに促進することができると考えられる。機能付与により、局所および全身疾患の治療用途のための付加的複雑性を有する筐体を提供することができる。図６は、細胞を保持するだろう範囲の孔径を有する穿孔した二次元材料を含む筐体の壁も示す。図６中、筐体と接する外部生物環境を、該筐体（筐体の全部を示していない）の内側に位置する細胞、タンパク質、その他から分離する。図示の通り、いくつかの実施形態では、このような筐体の移植は、該筐体の外側に位置する基材層への血管新生を期待する。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、基材層は、組織増殖、細胞増殖および／または血管新生のための骨格を提供することができる。いくつかの実施形態では、基材層または壁は、医薬品、細胞、成長因子（例えば、ＶＥＧＦ）、シグナル伝達分子、サイトカイン、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、ミネラル、栄養素またはその組合せなどの添加剤を含んでなる。いくつかの実施形態では、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、抗原（例えば、ＩｇＧ結合抗原）もしくはその抗体結合フラグメント、ミネラル、栄養素またはその組合せなどの添加剤は、筐体の内側に位置する。いくつかの実施形態では、基材層または壁は、細菌または細胞に毒性である材料を含んでなる（理論に束縛されないが、壁への毒性材料の組込みは、該壁を横切って潜在的に危険または有害な細胞の通過を防止するだろう）。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、添加剤は、有利に、細胞もしくは組織生存もしくは増殖を促進し、感染を低減もしくは防止し、筐体へのもしくは筐体近くの血管新生を改善し、生体適合性を改善し、生物付着を低減し、および／または副作用のリスクを低減する。いくつかの実施形態では、添加剤は、基材層の疎水性または親水性などの特性を調節することができる。いくつかの実施形態では、添加剤を使用して、筐体内のコンパートメントからの物質の溶出を調節することができる。例えば、添加剤の分解または除去により、コンパートメント内の物質が筐体から出る（拡張により、外部環境からの物質が筐体に進入する）のを可能とするように、基材層にシェル様特性を付与することができる。
【０１０４】
いくつかの実施形態は、二次元材料層および基材層を備える複合構造を含んでなる。いくつかの実施形態では、複合構造は、基材層の二次元材料の反対側に配置された支持材料（例えば、図７Ｄ参照）を含んでなる。いくつかの実施形態では、複合構造は、例えば、図７Ａ、７Ｃおよび７Ｅに示すように、二次元材料および基材層の間の中間層を含んでなる。図７は、二次元材料（例えば、グラフェン）、必要により中間層（例えば、トラックエッチングしたポリマー膜）、および二次元材料とより近くに間隔を空けたより目の詰まった繊維およびさらに二次元材料から増大した効果的細孔径を有する繊維層を含んでなる複合構造の概略図を示す。図７Ａは、繊維材料の表面上の二次元材料を含む（下段２枚の拡大顕微鏡写真）および含まない（上段２枚の拡大顕微鏡写真）繊維材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図７Ａは、高繊維密度（最下部）、中程度繊維密度（中央部）および低繊維密度（最上部）基材のＳＥＭ顕微鏡写真も示す。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、中間層は、二次元材料層と基材層との接着を促進する。従って、いくつかの実施形態では、筐体は、二次元材料層と基材層との間に配置された中間層を備える。いくつかの実施形態では、筐体は、二次元材料層と同じ側に２つの基材層間に位置する中間層を備える。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、中間層は、カーボンナノチューブ、レース状カーボン、ナノ粒子、印刷でパターン化した低次元材料、ケイ素および窒化ケイ素マイクロマシニング材料、透過型電子顕微鏡グリッドなどの微細メッシュ、またはこれらの組合せを含んでなる。図１０は、メッシュ強化した繊維層上に二次元材料を製造するための方法の例証の概略図を示す。いくつかの実施形態では、中間層は、トラックエッチングしたポリマーなどの薄く平滑で多孔性のポリマー層であり得る。いくつかの実施形態では、中間層は、３ｎｍ〜１０μｍ、１０ｎｍ〜１０μｍ、５０ｎｍ〜１０μｍ、１００ｎｍ〜１０μｍ、５００ｎｍ〜１０μｍ、１μｍ〜１０μｍ、または２μｍ〜６μｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、複合構造は、１μｍ〜１００μｍ、２μｍ〜７５μｍ、３μｍ〜５０μｍ、４μｍ〜４０μｍ、５μｍ〜３０μｍ、６μｍ〜２５μｍ、または６μｍ〜２０μｍ、または６μｍ〜１６μｍの厚さを有する。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、筐体または複合構造は、グラフェンまたはグラフェン系材料の複数のシートに固定された繊維層を含む。いくつかの実施形態では、グラフェンまたはグラフェン系材料のシートを、繊維層に直接または間接的に固定された１つのシートで互いに積み重ねる。図１１は、繊維層上のグラフェンまたはグラフェン系材料の二層の例証のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。いくつかの実施形態では、グラフェンまたはグラフェン系材料の１つ以上のシートを繊維層の第一面に固定することができ、グラフェンまたはグラフェン系材料の１つ以上のシートを繊維層の第二面に固定することができる。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料を、完全に形成された静電紡糸基材層などの完全に形成された基材層に適用する。いくつかの実施形態は、グラフェン系材料の複数の層を基材層（例えば、完全に形成された基材層）上に置くことを含んでなる。理論に束縛されないが、基材層上にグラフェン系材料の複数の層を加えることにより、基材層をグラフェン系材料で完全に被覆することが可能となる。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、筐体はサブコンパートメントを収容しない単一のコンパートメントを備える。いくつかの実施形態では、単一のコンパートメントは、例えば、壁により該コンパートメントから分離された外部環境と流体連通する。いくつかの実施形態では、筐体は複数のサブコンパートメントを有する。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントは、該サブコンパートメントの外側の環境と流体連通する。いくつかの実施形態では、各サブコンパートメントは、１つ以上の物質が該サブコンパートメント内におよび／または該サブコンパートメントから外へ通過するのを可能とする壁を備える。いくつかの実施形態では、壁またはその一部は、穿孔した二次元材料、ポリマー、ハイドロゲル、または、１つ以上の物質が該サブコンパートメント内におよび／または該サブコンパートメントから外へ通過するのを可能とするいくつかの他の手段を含んでなる。いくつかの実施形態では、２つのサブコンパートメントが二次元材料の孔を通して互いに直接流体連通するように、穿孔した二次元材料により少なくとも部分的に互いから分離された２つのサブコンパートメントに、筐体を細分する。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントが二次元材料の孔を通して互いに直接流体連通し、サブコンパートメントのうち１つのみが筐体外部の環境と直接流体連通する二次元材料を各々が含んでなる２つのサブコンパートメントに、筐体を細分する。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントが二次元材料の孔を通して互いに直接流体連通し、サブコンパートメントの両方が筐体外部の環境とも直接流体連通する二次元材料を各々が含んでなる２つのサブコンパートメントに、筐体を細分する。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、筐体は、各々が穿孔した二次元材料を含んでなる内側サブコンパートメントおよび外側サブコンパートメントを有し、内側サブコンパートメントは外側サブコンパートメント内に完全に封入されており、内側および外側コンパートメントは二次元材料の孔を通して互いに直接流体連通し、内側サブコンパートメントは筐体外部の環境と直接流体連通しない。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、筐体が、各々が二次元材料を含んでなる複数のサブコンパートメントを有する場合、サブコンパートメントは他のサブコンパートメント内に入れ子状態であり、これらの各々のサブコンパートメントは隣接するサブコンパートメントと二次元材料の孔を通して互いに直接流体連通し、最も外側のサブコンパートメントは筐体外部の環境と直接流体連通し、残りに複数のサブコンパートメントは筐体外部の環境と直接流体連通しない。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、サブコンパートメントはいずれの形状も大きさも有することができる。いくつかの実施形態では、２つまたは３つのサブコンパートメントが存在する。筐体のサブコンパートメントのいくつかの例を図２Ａ〜２Ｅに図示する。図２Ａ中、サブコンパートメントＢがより小さいサブコンパートメントＡを完全に収容するように入れ子状態の構成を図示するが、最も中央の筐体Ａ内の物質は主要筐体Ｂ内に通過することができ、進入およびそれから放出する間に主要コンパートメントとまたは主要コンパートメント内で潜在的に反応することができる。この実施形態では、Ａ内の１つ以上の物質はＢに通過することができ、Ａ内の１つ以上の物質はＡ内に残るがＢに進入することができない。１つ以上の物質がサブコンパートメント間を直接通過できる２つのサブコンパートメントは、直接流体連通すると言う。サブコンパートメント間および筐体と外部環境との間の通過は穿孔した二次元材料の孔により可能である。いくつかの実施形態では、コンパートメントＡおよびＢの間のバリア（例えば、膜）は、Ａ内の全物質またはＡ内の特定の物質（すなわち、選択的透過性）に対して透過性であり得る。いくつかの実施形態では、Ｂと外部環境との間のバリアは、Ｂ内の全物質に対して透過性またはＢ内の特定の物質に対して選択的透過性であり得る。図２Ａ中、サブコンパートメントＡはサブコンパートメントＢと直接流体連通し、順にサブコンパートメントＢは外部環境と直接流体連通する。この入れ子状態に構成中のコンパートメントＡは、サブコンパートメントＢへの中間的通過により外部環境と直接流体連通する。筐体の異なるサブコンパートメントで使用する二次元材料は、同じでも異なった材料でもよく、異なるサブコンパートメントの二次元材料の穿孔または孔の大きさは同じでも異なっていてもよい。
【０１１２】
図２Ｂ中、両方の区域が独立して放出位置と接近しているが、ＡからＢへの物質の直接または間接的通過はないように、筐体は、サブコンパートメントＡおよびＢを形成する不透過性壁（例えば、穿孔していないまたは不透過性シーラントで形成された）で二つに分かれている。（しかしながら、ＡまたはＢを出る物質は外部環境を経て間接的に他のサブコンパートメントに進入することができること認識するだろう。）
【０１１３】
図２Ｃ中、主要筐体は、サブコンパートメントＡおよびＢに再び二つに分かれているが、サブコンパートメント間のバリアを形成する穿孔した材料で二つに分かれている。両方のサブコンパートメントは、独立して放出位置に近接するだけでなく、互いに相互作用することができる、すなわち、サブコンパートメントは直接流体連通する。いくつかの実施形態では、サブコンパートメントＡおよびＢ間のバリアは、例えば、Ａ内の少なくとも１つの物質がＢに通過することを可能とするが、Ｂ内由来の物質はＡに通過することを可能としないように選択的に透過性である。サブコンパートメント（例えば、サブコンパートメントＡおよびＢ）間のバリアの多孔度は、筐体外部の環境と直接流体連通するサブコンパートメント壁の多孔度と同じでも異なっていてもよい。
【０１１４】
図２Ｄは、３つのコンパートメントを備える筐体を図示する。サブコンパートメントＢと流体連通するサブコンパートメントＡを備え、順に、サブコンパートメントＢがサブコンパートメントＣと流体連通し、順にサブコンパートメントＣが外部環境と流体連通する筐体を図示する。コンパートメントＡおよびＢは外部環境と流体連通しない、すなわち、外部環境と直接流体連通しない。隣接するサブコンパートメントＡおよびＢならびに隣接するサブコンパートメントＢおよびＣは、穿孔した二次元材料により各々が分離し、従って、互いに直接流体連通する。サブコンパートメントＡは、サブコンパートメントＢまたはＢおよびＣを経て、それぞれ、コンパートメントＣおよび外部環境とのみ直接流体連通する。半透過性または不透過性バリアの様々な他の組合せを使用してサブコンパートメントを分離することができる。様々な穿孔径の制約は、筐体を如何に最終的に構成するかに依って変えることができる。選択した構成にも関わらず、いくつかの実施形態では、筐体の境界または少なくともその一部を、二次元材料の厚さが該二次元材料を横切って選択的に通過する物質の径より小さくなるように、二次元材料構成することができる。
【０１１５】
図２Ｅは、単一のコンパートメント（Ａ）を備え、サブコンパートメントを備えない筐体を図示する。図中、コンパートメントは筐体外部の環境と直接流体連通する。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのサブコンパートメントの信用がなくならない限り、筐体は少なくとも部分的に使用継続できるように、同じ物質を収容する２つ以上のサブコンパートメントの存在は機能の重複を提供する。
【０１１７】
筐体およびその使用の複数の物理的実施形態は、相互作用の様々なレベルおよび解決する問題のスケールの複雑さを可能とすることができる。例えば、単一の筐体は、所与の時間薬剤の溶出を提供することができ、または各々が特定の大きさを有する別々の物質の移動を制限または可能とする穿孔の複数の大きさがあり得る。
【０１１８】
複数のサブコンパートメントを備える、本明細書に記載の実施形態の付加的複雑性は、化合物間の相互作用を可能として二次的応答を触媒または活性化することができる（すなわち、「感覚応答」パラダイム）。例えば、独立して機能する筐体の２つの区域がある場合、例示的化合物Ａは、所与の時間後あるいは身体からの刺激物質の存在下のいずれかで体内に一貫して拡散することができる。いくつかの実施形態では、例示的化合物Ａは、例示的化合物Ｂを活性化、さもなければ、例示的化合物Ｂが流出するのを遮断する機能を不活化することができる。いくつかの実施形態では、前述の効果を産む結合相互作用は可逆的または不可逆的であり得る。いくつかの実施形態では、例示的化合物Ａは、筐体外側で生成した化学カスケードと相互作用することができ、相互作用後の代謝物は例示的化合物Ｂを放出することができる（例えば、機能の不活化により）。同様に起こる効果の利用のさらなる例としては、筐体内に収容される源細胞（例えば、非宿主細胞；同種細胞；異種細胞；自家繁殖細胞；死体細胞；完全または部分的に分化した幹細胞などの幹細胞）を使用することが挙げられ、この内、細胞からの分泌物は「感覚応答」パラダイムを得ることができる。いくつかの実施形態では、「感覚応答」パラダイムにおけるグラフェンの存在は拡散を妨げず、従って、グラフェンを収容しない筐体と比較して速い時間応答を可能とする。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、成長因子またはホルモンを、筐体内に投入して血管新生を促進することができる（図６参照）。いくつかの実施形態では、筐体内におよび筐体から外に栄養素および老廃物の双方向通過の結果として筐体内の細胞生存率を改善することができる。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、グラフェンの相対的薄さは、血管、特に毛細血管、および他の細胞との近接近した筐体の壁（またはその部分）を横切った双方向通過を可能とすることができる。いくつかの実施形態では、グラフェンが透過性をあまり限定しないので、グラフェン系筐体の使用により、同じ効果を達成する他の溶液にわたって分化させることができ；代わりに、グラフェン開口部を貫通する分子の拡散は壁を横切る物質の動きを限定することができる。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、穿孔は、壁を貫通する０次拡散を可能とする。いくつかの実施形態では、浸透圧ポンプを使用して物質を、壁を横切って輸送することができる。いくつかの実施形態では、体内の自然のデルタ圧は、壁を横切る物質の通過に影響する。いくつかの実施形態では、対流圧は、壁を横切る物質の通過に影響する。いくつかの実施形態では、筐体の壁を通る高スループット流量を達成することが可能である。
【０１２２】
図３Ａおよび３Ｂは、免疫隔離のための単一コンパートメントを備える筐体の概略図を示す（例えば、筐体が複数のサブコンパートメント、２つまたは３つのサブコンパートメントを備えることができることは認識するだろう）。図３Ａの筐体（３０）を、グラフェン系材料などの穿孔した二次元材料を含んでなる内側シートまたは層（３１）、および基材材料の外側シートまたは層（３２）により形成された横断面として示す（いくつかの実施形態では、内側の層は基材材料を含んでなり、外側の層は穿孔した二次元材料を含んでなるが）。基材材料は多孔性であり、選択的に透過性または無孔性および／または不透過性である。しかしながら、支持材料の少なくとも一部は多孔性または選択的に透過性である。図３中の筐体は、選択された生細胞（３３）を収容する。図３Ｂは、複合層の端のシーリングとしてシーラント（３４）が図示されており、第一複合層（３２／３１）および第二複合層（３２／３１）の間に形成された空隙または空洞を示す図３Ａの筐体の代替の横断面（図中、空洞は、例えば、細胞または他の物質であり得るおおよそ丸のシンボルを収容するように図示されている）を示す。複合層の端でのシールを、クランピング、クリンピングなどの物理的方法を使用して、または接着剤を用いて形成することができることは認識されるだろう。端のシール形成するための方法および材料は特に限定されない。いくつかの実施形態では、シーリング材料は、無孔性で不透過性シールまたは密閉を提供する。いくつかの実施形態では、筐体の一部を、シリコーン、エポキシ、ポリウレタンまたは同様の材料などのシーラントから形成する。いくつかの実施形態では、シーラントは生体適合性である。例えば、いくつかの実施形態では、シールは、デバイスの全長または全幅に及ばない。いくつかの実施形態では、シールは空洞の周りに完全ループを形成する。いくつかの実施形態では、シールを二次元材料の外周の枠として形成する。いくつかの実施形態では、シールは、二次元材料の内側から外周に部分的に少なくとも部分的に位置する。
【０１２３】
いくつかの実施形態は、グラフェン系材料および／または他の二次元材料を使用して生物環境中へまたは生物環境に物質を輸送、移動、および／または通過を可能にする方法を含む。いくつかの実施形態は、筐体外部の環境（例えば、生物環境）に物質を送達することを含んでなる。いくつかの実施形態では、筐体の内側に位置する物質は、原子、分子、ウイルス、細菌、細胞、粒子およびそのアグリゲートの１つ以上を含んでなる。例えば、物質は、タンパク質、ペプチド（例えば、インスリン）、核酸、ＤＮＡ、および／またはＲＮＡ；医薬品；薬剤；薬物；生物学的製剤および小分子薬剤を含む治療薬；ならびにその組合せなどの生物分子を含むことができる。
【０１２４】
細胞が筐体内に位置する場合、筐体内の少なくとも一部は、細胞増殖および維持するのに充分な酸素および栄養素、細胞により産生された老廃物（例えば、ＣＯ２）、および／または細胞により産生された代謝物（例えば、インスリン）に対して透過性であり得る。いくつかの実施形態では、筐体内の少なくとも一部は、グルコースなどのシグナル伝達分子に対して透過性である。いくつかの実施形態では、筐体内の少なくとも一部は、ＶＥＧＦなどの細胞により産生された成長因子に対して透過性である。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、筐体は、細胞（免疫細胞など）、ウイルス、細菌、抗体、および／または免疫系の補体に対して透過性でない。従って、いくつかの実施形態では、外部環境からの細胞は筐体に進入することができず、筐体内の細胞は保持される。いくつかの実施形態では、筐体は、細胞により産生される成長因子またはホルモンなどの望ましい産生物に対して透過性である（例えば、免疫隔離に関連するいくつかの実施形態を図示する図１５および１６参照）。筐体内の細胞を免疫隔離することができる（すなわち、免疫反応から防御される）。細胞を収容する筐体のいくつかの実施形態では、細胞は、酵母細胞、細菌細胞、幹細胞、哺乳類細胞、ヒト細胞、ブタ細胞、またはその組合せである。細胞に有用ないくつかの実施形態では、筐体は、１つ以上のサブコンパートメント内に位置する細胞を含む複数のサブコンパートメントを備える。細胞に有用ないくつかの実施形態では、筐体は、単一のコンパートメントを備える。いくつかの実施形態では、免疫隔離に有用な穿孔した二次元材料の孔径は、１〜５０ｎｍ、１〜４０ｎｍ、１〜３０ｎｍ、１〜２５ｎｍ、１〜１７ｎｍ、１〜１５ｎｍ、１〜１２ｎｍ、１〜１０ｎｍ、３〜５０ｎｍ、３〜３０ｎｍ、３〜２０ｎｍ、３〜１０ｎｍ、または３〜５ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、孔の大きさは、約１ｎｍ、約３ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、または約５０ｎｍである。
【０１２６】
図４Ａ〜４Ｃは、筐体の形成方法およびその中の選択された物質、例えば、細胞の導入方法の例示を図示する。筐体形成のためにシーラントを使用する方法を図示する。図４Ａに図示されているように、第一複合層またはシートを、基材層（４２）と接触するグラフェン系材料シートまたはグラフェンシート（４１）などの二次元材料のシートまたは層を配置することにより形成することができる。第一複合物の基材層（４２）の少なくとも一部は、多孔性または透過性であり得る。基材層の細孔径は、使用する二次元材料の孔または開口部より大きくすることができ、環境（例えば、体腔）のために調整することができる。シーラントの層（４４）、例えば、シリコーンを、該シーラントが筐体周囲を囲む不透過性シールを形成するだろう該筐体のコンパートメントの輪郭を描く穿孔した二次元材料のシートまたは層に適用する。単一のコンパートメントの形成を図４Ａ〜４Ｃに図示するが、筐体内の複数の独立したコンパートメントを類似の方法により形成することができると認識するだろう。それから、第一と同様に形成される第二複合物を準備し、シーラントと接触する穿孔した二次元材料のシートまたは層と一緒に配置する。あるいは、シーラントを複合層の一部に適用することができ、該層をシーラントと接触させて折り重ねて筐体を形成することができる。それから、シールを２つの複合層間に形成する。適切な圧を印加して二次元材料またはその支持に損傷を与えないでシーリングを促進する。シーラントと接触する非多孔性および不透過性支持材料のシートまたは層の適用により代替の筐体を形成することができることは認識されるだろう。この場合、筐体の一部のみ多孔性および透過性である。筐体をシーリングする他の方法としては、超音波溶接が挙げられる。シールした層をシーラント周りの大きさにトリミングして筐体を形成することができることを示す図４Ｂに、シールした複合層を図示する。形成した筐体は、該筐体の周囲を囲むシーラント４４と一緒に、内側層として位置する穿孔した二次元材料（４１）のシートまたは層と共に外側多孔性基材層４２を有することが示される。図４Ｃに図示されるように、穿孔した二次元材料シートまたは層を通過して排出されることになる細胞または他の物質を、シーラント層を通して注入することにより形成後に筐体に導入することができる。このような注入により形成されるいずれもの穿孔を、必要によりシールすることができる。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、物質（例えば、細胞）を、シール形成前に筐体内に導入することができる。いくつかの実施形態では、筐体内に物質を導入するために、１つ以上のポートを備えることができる。例えば、筐体のシールした周囲内に投入ポートを備えることができ、投入ポートを通って１つ以上の物質を導入後、投入ポートを永久的にまたは半永久的にシールすることができる。考えられる用途に適切な滅菌方法を筐体製造中または後に使用することができることを、当業者は認識するだろう。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、穿孔した二次元材料の孔を通過することにより筐体外部の環境に物質を放出するように、筐体は、物質を封入する穿孔した二次元材料を含んでなる。いくつかの実施形態では、筐体は、２つ以上の異なる物質を封入する。いくつかの実施形態では、全ての異なる物質が筐体外部の環境に放出されるとは限らない。いくつかの実施形態では、全ての異なる物質が筐体外部の環境中に放出される。いくつかの実施形態では、異なる物質は、異なる速度で、筐体外部の環境中に放出される。いくつかの実施形態では、異なる物質は、同じ速度で、筐体外部の環境中に放出される。
【０１２９】
本明細書中のいずれもの筐体のいくつかの実施形態では、筐体の二次元材料の孔の少なくとも一部を機能化する。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、二次元材料の少なくとも一部は導電性であり、該導電性二次元材料の少なくとも一部に電圧を印加することができる。電圧はＡＣまたはＤＣ電圧であり得る。筐体外部の電源から電圧を印加することができる。いくつかの実施形態では、筐体デバイスは、外部電源から二次元材料に電圧を印加するためのコネクタおよびリードをさらに備える。
【０１３１】
加えて、グラフェン系または他の二次元材料の導電特性は、外部電源から起こる通電を可能とすることができる。例示的実施形態では、ＡＣまたはＤＣ電圧を導電性二次元材料（例えば、筐体デバイスなどのデバイス中）に印加することができる。グラフェンの導電特性は、帯電した分子または物質に付加的ゲーティングを提供することができる。永久的にまたはゲーティングに影響する時間の一部のみ通電することができる。帯電した分子の脂向性ゲーティングを、細孔通過する方向だけでなく（または細孔を通過する制限された移動）、グラフェン表面の方向にも向けて吸着または結合および成長促進、保護層形成の促進、または他の生化学的効果（例えば、身体に対する）の基礎もしくは機構を提供することができる。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、少なくとも一度、筐体の壁またはその一部は、例えば、ナノ流体系またはマイクロ流体系の帯電化学種の静電制御を可能とする。いくつかの実施形態では、例えば、ナノ流体系またはマイクロ流体系において、壁は、印加電圧の変化により帯電化学種の制御を可能とする。いくつかの実施形態では、壁を、低イオン濃度および／または高イオン濃度においてイオン通過を操作するために調整することができる。いくつかの実施形態では、壁はイオン選択膜である。いくつかの実施形態では、壁は、電位開口型細孔などの１つ以上の電位依存イオンチャネルを備える。いくつかの実施形態では、壁は生物の電位依存イオンチャネルを模倣する。いくつかの実施形態では、壁は固体膜である。いくつかの実施形態では、ナノチャンネルまたはナノポアトランジスタを使用してイオン通過を操作することができる。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、低印加電圧または高印加電圧を用いて壁を調整することができる。いくつかの実施形態では、壁は高イオン流量を可能とする。いくつかの実施形態では、壁は低イオン流量を可能とする。いくつかの実施形態では、壁の細孔は、低ゲート電位においてイオン流を調節および／または高選択性を示す。いくつかの実施形態では、壁を横切るイオン流を、≦５００ｍＶなどの低印加電圧でオンまたはオフすることができる。いくつかの実施形態では、１Ｍ以下などの生物関連イオン濃度でオンまたはオフすることができる。いくつかの実施形態では、印加電圧は、化学種選択性、例えば、選択的にカチオンまたはアニオンを調節することができる。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、ナノポアを、低電圧および生物関連イオン濃度において静電的に制御することができる。いくつかの実施形態では、分離技術および検出技術において壁を使用することができる。いくつかの実施形態では、水ろ過、淡水化、浄水、浸透、エネルギー貯蔵、マイクロ流体デバイス、ナノ流体デバイスおよび／または治療法において、壁を使用する。いくつかの実施形態では、免疫隔離（すなわち、免疫反応から物質を防御する）、持効薬（例えば、持続または遅延放出）、血液透析、および血液ろ過において壁を使用する。いくつかの実施形態は、イオンまたは他の物質の分離方法；イオンの検出方法；エネルギーの貯蔵方法；水のろ過方法；および／または疾病または病状（例えば、糖尿病）の治療方法に関する。いくつかの実施形態は、限外ろ過、ナノろ過および／または精密ろ過の方法に関する。いくつかの実施形態は、物質放出の制御のためにゲーティングを使用することを含んでなる。いくつかの実施形態は、異なる物質が異なる時間で放出されることを可能とするためにゲーティングを使用することを含んでなる。いくつかの実施形態は、異なる物質が異なる時間で壁を通過することにより、物質がいつおよび如何に特定の順番で他の物質と混合および相互作用するかを調節することを可能とすることを含んでなる。
【０１３５】
いくつかの実施形態は、穿孔した二次元材料を含んでなる筐体を環境に導入することであって、該筐体が少なくとも１つの物質を含むこと；および該筐体外部の環境に該二次元材料の孔を通って少なくとも１つの物質の少なくとも一部を放出することを含んでなる方法を含んでなる。いくつかの実施形態では、筐体は、該筐体から放出されない細胞を含み、その一部が放出される少なくとも１つの物質は、該筐体内の細胞により生成された物質である。
【０１３６】
いくつかの実施形態は、穿孔した二次元材料を含んでなる筐体を環境に導入することであって、該筐体が少なくとも１つの第一物質を収容すること；および環境からの他の物質の該筐体への移動を可能とすることを含んでなる方法を含んでなる。いくつかの実施形態では、第一物質は細胞であり、他の物質としては栄養素および／または酸素が挙げられる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、複合構造は、穿孔した二次元材料；および該二次元材料の面に固定された複数のポリマーフィラメントを含んでなる第一繊維層を含んでなり；該複合構造は実質的に平面である。いくつかの実施形態では、穿孔した二次元材料は、第一繊維層と反対側の該二次元材料の面に固定された第二繊維層を有する。いくつかの実施形態では、第一繊維層の平均細孔径は、第二繊維層の平均細孔径と異なる。いくつかの実施形態では、第一および／または第二繊維層は、医薬品、細胞、成長因子、凝固因子、抗凝血剤、免疫抑制剤、抗菌剤、ホルモン、抗体、ミネラル、栄養素、およびその組合せからなる群から選択される添加物を含んでなる。いくつかの実施形態では、実質的に平面である複合構造物は柔軟性である。いくつかの実施形態では、実質的に平面である複合構造物は剛性である。いくつかの実施形態では、複数の複合構造を合わせて袋様筐体を形成する。このような平面複合構造は、例えば、創傷治癒用アップリケ（appliques）として有用であり得る。複合構造を、例えば、粘着包帯の構成成分としても使用することができる。
【０１３８】
筐体への物質の永久的および一時的結合の両方とも可能である。いくつかの実施形態では、筐体は、新しい方法で使用されるこれらの媒体およびデバイスのような先進の媒体および他のデバイスのための破壊的技術を示す。例えば、セルライン開発、治療用離型剤、および検出パラダイム（例えば、ＭＲＳｗ、ＮＭＲベース磁気緩和スイッチ；Koh et al. (2008) Ang. Chem. Int’l Ed. Engl., 47(22) 4119-4121参照）を使用することができる。さらに、いくつかの実施形態は、生物付着および生体反応性を軽減、優れた透過性および応答の遅延減少を伝達、ならびに機械的安定性を提供する。
【０１３９】
いくつかの実施形態は、筐体を、乳製品のプロバイオティクスの投与など、非治療用途において使用することができる。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、二次元材料は、単層サブナノメートル厚から数ナノメートルまでの範囲の厚さを有し、原子的に薄い。二次元材料としては、金属カルコゲン化物（metal chalogenides）（例えば、遷移金属カルコゲン化物）、遷移金属酸化物、六方晶窒化ホウ素、グラフェン、シリセンおよびゲルマネン（Xu et al. (2013) “Graphene-like Two-Dimensional Materials) Chemical Reviews 113:3766-3798参照）が挙げられる。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、二次元材料はグラフェン系材料を含んでなる。
【０１４２】
グラフェンは、炭素原子が拡張ｓｐ２混成炭素平面格子を形成する縮合６員環の単一の原子的に薄いシートまたは数枚の層状シート（例えば、約２０以下）内に存在する炭素の形態である。グラフェン系材料としては、単層グラフェン、多層グラフェンまたは相互連結した単層または多層グラフェンドメインならびにその組合せが挙げられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料としては、単層または多層グラフェンシートを積層することにより形成した材料も挙げられる。いくつかの実施形態では、多層グラフェンとしては、２〜２０層、２〜１０層または２〜５層が挙げられる。いくつかの実施形態では、多層グラフェンの層は積層しているが、薄層グラファイト結晶よりｚ軸（基礎面に垂直）に規則的でない。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、グラフェン系材料のシートは、単層または多層グラフェンのシートまたは複数の相互連結単層または多層グラフェンドメインを含んでなるシートであり得るが、これは、例えば、小角電子回折、透過型電子顕微鏡、その他の使用など、公知の方法で観察され得る。いくつかの実施形態では、多層グラフェンドメインは、２〜５層または２〜１０層を有する。本明細書で使用するとき、ドメインは、原子が結晶格子中に実質的に均一に配列している材料の領域を表す。ドメインはその境界域内で均一であるが、隣接する領域と異なり得る。例えば、単一結晶材料は、配列した原子の単一ドメインを有する。いくつかの実施形態では、グラフェンドメインの少なくともいくつかは、１〜１００ｎｍまたは１０〜１００ｎｍのドメインの大きさを有するナノ結晶である。いくつかの実施形態では、グラフェンドメインの少なくともいくつかは、１００ｎｍ〜１ｃｍ、または１００ｎｍ〜１μ、または２００ｎｍ〜８００ｎｍ、または３００ｎｍ〜５００ｎｍより大きいドメインの大きさを有する。いくつかの実施形態では、多層グラフェンのドメインは、隣接するドメイン重なっていてもよい。各ドメインの端の結晶の欠陥により形成される結晶粒界は、隣接する結晶格子間で分化してもよい。いくつかの実施形態では、第一結晶格子は、２つの格子が、結晶格子方向が異なるように、シート平面に垂直な軸まわりの回転により、第二結晶格子に対して回転してもよい。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、グラフェン系材料のシートは、単層もしくは多層グラフェンまたはその組合せのシートである。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料のシートは、複数の相互連結した単層または多層グラフェンドメインを含んでなるシートである。いくつかの実施形態では、相互連結ドメインは共有結合して一緒になりシートを形成する。シート中のドメインが結晶格子方向の点で異なる場合、シートは多結晶である。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、グラフェン系材料のシートの厚さは、０．３〜１０ｎｍ、０．３４〜１０ｎｍ、０．３４〜５ｎｍ、または０．３４〜３ｎｍである。いくつかの実施形態では、厚さは、単層グラフェンおよび非グラフェン炭素の両方を含む。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、グラフェン系材料のシートは、内因性欠陥または自然欠陥を含んでなる。内因性欠陥または自然欠陥は、グラフェン系材料シートまたはグラフェンシートに選択的に導入される穿孔と対照的にグラフェン系材料の製造に起因し得る。このような内因性欠陥または自然欠陥としては、格子異常、細孔、裂け目、亀裂またはしわが挙げられるが、これに限定されない。格子異常としては、６員以外の炭素環（例えば、５員、７員または９員環）、空孔、格子内欠陥（格子内の非炭素原子の取込みを含む）、および結晶粒界を挙げることができるが、これに限定されない。穿孔は、内因性欠陥もしくは自然欠陥または結晶粒界のためにグラフェン格子中の開口部と区別されるが、平均細孔径等の最終膜の試験および特徴付けは、それらが全て存在するので、起源に関わらず全ての開口を包含する。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、グラフェンは、グラフェン系材料の有力な材料である。例えば、グラフェン系材料は、少なくとも２０％のグラフェン、少なくとも３０％のグラフェン、または少なくとも４０％のグラフェン、または少なくとも５０％のグラフェン、または少なくとも６０％のグラフェン、または少なくとも７０％のグラフェン、または少なくとも８０％のグラフェン、または少なくとも９０％のグラフェン、または少なくとも９５％のグラフェンを含んでなり得る。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料は、３０％〜９５％、または４０％〜８０％、５０％〜７０％、６０％〜９５％、または７５％〜１００％から選択されるグラフェンの範囲を含んでなる。グラフェン系材料中のグラフェン量を、走査透過型電子顕微鏡検査を含む公知の方法、あるいは、ＳＴＥＭもしくはＴＥＭが効果的でない場合、別の同様な測定技術を利用して原子パーセントとして定量する。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、グラフェン系材料シートは、グラフェン系材料シートの少なくとも１つの面に位置する非グラフェン炭素系材料をさらに含んでなる。いくつかの実施形態では、シートは、２つの基礎面（例えば、シートの上面と底面、対向面）および側面により例示される。いくつかのさらなる実施形態では、シートの「底」面は、シートの成長中基材と接触した面であり、シートの「自由」面は「底」面の反対面である。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、シートの１つまたは両方の基礎面（例えば、シートの基材側および／またはシートの自由面）上に位置し得る。いくつかのさらなる実施形態では、グラフェン系材料シートは、これに限定されないが、１つ以上の塵粒または同様の混入物などの面上の少量の１つ以上の他の材料を含む。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料の量は、グラフェン量より少ない。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料の量は、グラフェン量の３〜５倍であり；これは質量単位で測定される。いくつかの追加の実施形態では、非グラフェン炭素材料は、０％〜８０％の範囲から選択される前記グラフェン系材料の質量パーセントにより特徴付けられる。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料シートの表面被覆率は、０より大きく８０％より小さく、５％〜８０％、１０％〜８０％、５％〜５０％または１０％〜５０％である。この表面被覆率を、投影を与える透過型電子顕微鏡で測定してもよい。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料中のグラフェン量は、６０％〜９５％または７５％〜１００％である。グラフェン系材料中のグラフェン量を、透過型電子顕微鏡検査を優先的に使用して、あるいは、ＳＴＥＭが効果的でない場合、原子間力顕微鏡を用いて公知の方法を利用して原子パーセントとして測定する。
【０１５０】
いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、長距離秩序を有さず、アモルファスとして分類される。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、炭素および／または炭化水素以外の元素をさらに含んでなる。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素中に取り込まれ得る非炭素元素としては、水素、酸素、ケイ素、銅、および鉄が挙げられる。いくつかのさらなる実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、炭化水素を含んでなる。いくつかの実施形態では、炭素は、非グラフェン炭素系材料中の主要な材料である。例えば、いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、少なくとも３０％の炭素、または少なくとも４０％の炭素、または少なくとも５０％の炭素、または少なくとも６０％の炭素、または少なくとも７０％の炭素、または少なくとも８０％の炭素、または少なくとも９０％の炭素、または少なくとも９５％の炭素を含んでなる。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料は、３０％〜９５％、または４０％〜８０％、または５０％〜７０％から選択される範囲の炭素を含んでなる。非グラフェン炭素系材料中の炭素量を、透過型電子顕微鏡検査を優先的に使用して、あるいは、ＳＴＥＭが効果的でない場合、原子間力顕微鏡を用いて公知の方法を利用して原子パーセントとして測定する。
【０１５１】
グラフェン炭素系材料を穿孔する際に使用するのに適切な穿孔技術としては、本明細書に記載のイオン系穿孔法およびＵＶ−酸素系方法を挙げ得る。
【０１５２】
イオン系穿孔法としては、グラフェン系材料にイオンの指向性源を照射する方法が挙げられる。いくつかのさらなる実施形態では、イオン源は平行である。いくつかの実施形態では、イオン源はブロードビームまたはフラッドソースである。広域またはフラッドイオン源は、集束イオンビームと比較して有意に少ないイオン流量を提供することができる。グラフェンまたは他の二次元材料の穿孔を誘導するイオン源は、ブロードなイオン場を提供すると考えられ、一般に、イオンフラッドソースと呼ばれている。いくつかの実施形態では、イオンフラッドソースは集束レンズを備えない。いくつかの実施形態では、イオン源を、１０−３〜１０−５トルまたは１０−４〜１０−６トルなど、大気圧より低い圧で操作する。いくつかの実施形態では、環境は、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）または二酸化炭素（ＣＯ２）のバックグラウンド量（例えば、１０−５トルのオーダーで）も含む。いくつかの実施形態では、イオンビームは、材料の層の面に対して垂直（０°の入射角）であってよく、入射角は、０°〜４５°、０°〜２０°、０°〜１５°または０°〜１０°であってもよい。いくつかのさらなる実施形態では、イオンへの暴露は、プラズマへの暴露を含まない。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、ＵＶ−酸素系穿孔法としては、グラフェン系材料を紫外（ＵＶ）光および酸素含有気体に同時に暴露する方法が挙げられる。酸素または空気などの酸素含有気体をＵＶ光に暴露することにより、オゾンを生成し得る。オゾン発生機器によりオゾンを供給してもよい。いくつかの実施形態では、ＵＶ−酸素系穿孔法は、グラフェン系材料を原子酸素に暴露することをさらに含む。ＵＶ光の適切な波長としては、３００ｎｍより短い波長または１５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長が挙げられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、強度は、６ｍｍの距離において１０〜１００ｍＷ／ｃｍ２または６ｍｍの距離において１００〜１０００ｍＷ／ｃｍ２である。例えば、水銀放電ランプ（例えば、約１８５ｎｍおよび２５４ｎｍ）により適切な光を発光する。いくつかの実施形態では、室温または室温より高い温度において、ＵＶ／酸素クリーニングを行う。いくつかのさらなる実施形態では、大気圧（例えば、１気圧）または真空下、ＵＶ／酸素クリーニングを行う。
【０１５４】
穿孔は、本明細書に記載の通りの大きさにして、所与の応用のため、化学種（原子、分子、タンパク質、ウイルス、細胞、その他）の所望の選択的透過性を提供する。選択的透過性は、多孔性材料または穿孔した二次元材料が、他の化学種より容易にまたはより速く１つ以上の化学種の通過（または輸送）を可能にする傾向に関する。選択的透過性は、異なる通過または輸送速度を示す化学種の分離を可能にする。二次元材料では、選択的透過性は、開口部の寸法または大きさ（例えば、径）および化学種の相対的有効径と相関する。グラフェン系材料などの二次元材料の穿孔の選択的透過性は、穿孔（もしあれば）および特定の化学種の機能付与にも依存し得る。混合物中の２つ以上の化学種の分離または通過は、混合物が穿孔した二次元材料を通過する間および後に該混合物中の２つ以上の化学種の比（重量比またはモル比）の変化を含む。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、穿孔の特徴的大きさは、０．３〜１０ｎｍ、１〜１０ｎｍ、５〜１０ｎｍ、５〜２０ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１００ｎｍ〜２００ｎｍ、または１００ｎｍ〜５００ｎｍである。いくつかの実施形態では、平均細孔径は、特定の範囲内である。いくつかの実施形態では、シートまたは層の穿孔の７０％〜９９％、８０％〜９９％、８５％〜９９％または９０％〜９９％は特定の範囲内にあるが、他の細孔は該特定の範囲外にある。
【０１５６】
細孔が意図的に作成されるナノマテリアルは、穿孔したグラフェン、穿孔したグラフェン系材料または穿孔した二次元材料等と呼んでもよい。穿孔したグラフェン系材料としては、非炭素原子を細孔の端に組み込んだ材料が挙げられる。細孔の特徴および他の材料の特徴を、大きさ、面積、ドメイン、周期性、変動係数、その他に関する様々な方法で特徴付けてもよい。例えば、細孔の大きさを、例えば、図１および２に示すように、透過電子顕微鏡、ＴＥＭが有効でない場合、原子間力顕微鏡、ＡＦＭが有効でない場合、走査型電子顕微鏡により選択的に得られた画像を利用して定量的画像解析により評価してもよい。材料の存在および非存在の境界は細孔の輪郭を識別する。特に指定されない限り、サイズ測定を最小の寸法により特徴付けられる画像化した細孔の輪郭に対して、期待される化学種の形状フィッティングにより決定してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、形状は円形または楕円形であり得る。円形状は、その径と同等の一定で最小寸法を示す。楕円形の幅はその最小寸法である。特に指定されない限り、これらの例における形状フィッティングの径および幅測定がサイズ測定を提供する。
【０１５７】
試験サンプルの各細孔径を測定して試験サンプル内の細孔径分布を決定してもよい。面積、ドメイン、周期性、変動係数、その他など、他のパラメータも測定してもよい。複数の試験サンプルをより大きな膜から採取し、結果の整合性が膜全体を適切に特徴付けていることを決定してもよい。このような場合、試験化学種を含む膜の性能の試験により結果を確認してもよい。例えば、膜を横切って特定の大きさの化学種の輸送を制限すべきであることを測定が示す場合、性能試験は試験化学種での検証を提供する。あるいは、細孔測定が調和的細孔径、面積、ドメイン、周期性、変動係数、その他を決定することの指標として性能試験を利用してもよい。
【０１５８】
孔の大きさ分布は狭くてもよく、例えば、０．１〜０．５の変動係数に限定される。いくつかの実施形態では、孔の特徴的寸法は、用途に対して選択される。
【０１５９】
円形状フィッティングに関連するいくつかの実施形態では、各細孔の均等な径を式  Ａ＝πｄ２／４  から算出する。さもなければ、面積は、形状フィッティングの関数である。均等な細孔径の関数として細孔面積をプロットする場合、細孔径分布を得ることができる。本明細書中、細孔径の変動係数を、試験サンプルにわたって測定した細孔径の標準偏差の細孔径の平均に対する比として算出してもよい。穿孔の平均面積は、試験サンプルにわたって測定した細孔の平均測定面積である。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、シート面積比に対する穿孔面積の比を使用して穿孔密度としてシートを特徴付けてもよい。試験サンプルの面積は、該試験サンプルがまたがる平面面積としてもよい。付加的シート表面積を、しわ、他の非平面特徴のために除外してもよい。特徴付けは、表面デブリなどの特徴を除外した穿孔として、穿孔面積の試験サンプル面積に対する比に基づいてもよい。特徴付けは、穿孔面積のシートの浮いた面積に対する比に基づいてもよい。他の試験と同様に、複数の試験サンプルを採取して試験にわたって整合性を確認してもよく、性能試験により検証し得る。穿孔密度は、例えば、ｎｍ２当たり２個（２／ｎｍ２）〜μｍ２当たり１個（１／μｍ２）であり得る。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、穿孔した面積は、シート面積の０．１％以上、１％以上または５％以上、シート面積の１０％未満、シート面積の１５％未満、シート面積の０．１％〜１５％、シート面積の１％〜１５％、シート面積の５％〜１５％またはシート面積の１％〜１０％を含んでなる。いくつかの実施形態では、穿孔は、グラフェン系材料の前記シートの前記面積の１０％より大きいまたは１５％より大きい面積にわたって配置される。マクロスケールのシートは、巨視的であり、肉眼により観察される。いくつかの実施形態では、シートの少なくとも１つの横寸法は、３ｃｍより大きい、１ｃｍより大きい、１ｍｍより大きい、または５ｍｍより大きい。いくつかのさらなる実施形態では、シートは、グラフェンフレークを製造するために使用する公知の方法でグラファイトの剥離により得られるグラフェンフレークより大きい。例えば、シートは、約１マイクロメートルより大きい横寸法を有する。追加の実施形態では、シートの横寸法は１０ｃｍ未満である。いくつかのさらなる実施形態では、シートは、１０ｎｍ〜１０ｃｍまたは１ｍｍより大きく１０ｃｍ未満である横寸法（例えば、シート厚さに対して垂直）を有する。
【０１６２】
グラフェン系材料の化学蒸着成長は、通常、メタンおよび成長用基材などの炭素含有前駆体材料の使用を必要とする。いくつかの実施形態では、成長用基材は金属成長用基材である。いくつかの実施形態では、金属成長用基材は、グリッドまたはメッシュではなく金属の実質的に連続層である。グラフェンおよびグラフェン系材料の成長に適合する金属成長用基材としては、遷移金属類およびその合金が挙げられる。いくつかの実施形態では、金属成長用基材は、銅系またはニッケル系である。いくつかの実施形態では、金属成長用基材は、銅またはニッケルである。いくつかの実施形態では、成長用基材の溶解により成長用基材からグラフェン系材料を取り出す。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、化学蒸着（ＣＶＤ）、次いで、少なくとも１つの付加的コンディショニング工程または処理工程により、グラフェン系材料シートを形成する。いくつかの実施形態では、コンディショニング工程は、熱処理、ＵＶ−酸素処理、イオンビーム処理、およびその組合せから選択される。いくつかの実施形態では、熱処理は、１０−７トル〜大気圧の圧で、２時間〜８時間の時間、２００℃〜８００℃の温度まで加熱することを含み得る。いくつかの実施形態では、ＵＶ−酸素処理は、６ｍｍの距離で１０〜１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で、６０〜１２００秒の時間、１５０ｎｍ〜３００ｎｍの光に暴露することを含み得る。いくつかの実施形態では、ＵＶ−酸素処理は、室温または室温より高い温度で行ってもよい。いくつかの実施形態では、ＵＶ−酸素処理は、大気圧（例えば、１気圧）または真空下で行ってもよい。いくつかの実施形態では、イオンビーム処理は、グラフェン系材料を、５０ｅＶ〜１０００ｅＶ（前処理のため）のイオンエネルギーを有するイオンに暴露することを含み得るが、フルエンスは、３×１０１０イオン／ｃｍ２〜８×１０１１イオン／ｃｍ２または、３×１０１０イオン／ｃｍ２〜８×１０１３イオン／ｃｍ２（前処理のため）である。いくつかの実施形態では、イオン源は、ブロードビームまたはフラッド源など、平行であってもよい。いくつかの実施形態では、イオンは、Ｘｅ＋など、貴ガスイオンであってもよい。いくつかの実施形態では、グラフェン系材料を成長用基材などの基材と結合する間に、１つ以上のコンディショニング工程を行う。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、コンディショニング処理は、非グラファイト炭素系材料の可動性および／または揮発性に影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料の表面可動性は、本明細書に記載したような穿孔パラメータで照射した場合に、非グラフェン炭素系材料が、穿孔過程が最終的に穿孔をもたらすように表面可動性を有し得るものである。いずれの特定の意見に束縛されることを望まないが、孔形成は、グラフェンシートからのビーム誘導炭素除去しおよび非グラフェン炭素による孔領域の炭素の補充に関連していると考えられる。補充過程は、穿孔中の系への進入するエネルギーおよび非グラフェン炭素系材料の得られた表面可動性に依存し得る。孔を形成するため、グラフェン除去速度は、非グラフェン炭素孔充填速度より速くあり得る。これらの競争速度は、非グラフェン炭素流量（例えば、可動性［粘度および温度］および量）およびグラフェン除去速度（例えば、粒子質量、エネルギー、流量）に依存する。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料の揮発性は、真空または不活性ガスを含む大気圧下、４時間、５００℃までグラフェン系材料シートの加熱により得られるより小さくあり得る。
【０１６６】
様々な実施形態では、ＣＶＤグラフェンまたはグラフェン系材料を、その成長用基材（例えば、Ｃｕ）から遊離および支持グリッド、メッシュまたは他の支持構造物に移動することができる。いくつかの実施形態では、支持構造物を、グラフェン系材料シートの少なくともいくつかの部分が支持構造物から浮くように構成してもよい。例えば、グラフェン系材料シートの少なくともいくつかの部分は、支持構造物と接触しなくてもよい。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、化学蒸着後のグラフェン系材料シートは、少なくとも２つの表面を有する単層グラフェンを含んでなり、非グラフェン炭素系材料を単層グラフェンの前記表面上に備えてもよい。いくつかの実施形態では、非グラフェン炭素系材料を、２つの表面の片面または両面上に配置してもよい。いくつかの実施形態では、追加のグラフェン炭素は、単層グラフェンの表面（複数可）上にも存在してもよい。
【０１６８】
本明細書に開示の実施形態では、粒子ビームはナノ粒子ビームまたはクラスタービームである。さらなる実施形態では、ビームは平行であるかまたは平行でない。さらに、ビームは、高度に集束を必要としない。いくつかの実施形態では、複数のナノ粒子またはクラスターを単独で放電する。追加の実施形態では、ナノ粒子は、５００〜２５０，０００原子または５００〜５，０００原子を含んでなる。
【０１６９】
様々な金属粒子は、本開示の方法で使用するのに適切である。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｕのナノ粒子およびＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｕを含んでなるナノ粒子は適切である。金属ＮＰを、マグネトロンスパッタ法および液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を含むいくつかの方法で生成することができる。ナノ粒子生成方法は、Cassidy, Cathal, et al. "Inoculation of silicon nanoparticles with silver atoms." Scientific reports 3 (2013), Haberland, Hellmut, et al. "Filling of micron‐sized contact holes with copper by energetic cluster impact." Journal of Vacuum Science & Technology A 12.5 (1994): 2925-2930, Bromann, Karsten, et al. "Controlled deposition of size-selected silver nanoclusters." Science 274.5289 (1996): 956-958, Palmer, R. E., S. Pratontep, and H-G. Boyen. "Nanostructured surfaces from size-selected clusters." Nature Materials 2.7 (2003): 443-448, Shyjumon, I., et al. "Structural deformation, melting point and lattice parameter studies of size selected silver clusters." The European Physical Journal D-Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics 37.3 (2006): 409-415, Allen, L. P., et al. "Craters on silicon surfaces created by gas cluster ion imp
acts." Journal of applied physics 92.7 (2002): 3671-3678, Wucher, Andreas, Hua Tian, and Nicholas Winograd. "A Mixed Cluster Ion Beam to Enhance the Ionization Efficiency in Molecular Secondary Ion Mass Spectrometry." Rapid communications in mass spectrometry: RCM 28.4 (2014): 396-400. PMC. Web. 6 Aug. 2015 and Pratontep, S., et al. "Size-selected cluster beam source based on radio frequency magnetron plasma sputtering and gas condensation." Review of scientific instruments 76.4 (2005): 045103にさらに記載されており、これらの各々はそのナノ粒子生成技術の記載について参照することにより本明細書に組み入れられるものとする。
【０１７０】
高圧ガスが真空で断熱膨張してクラスターに濃縮するように冷却する場合にガスクラスタービームを作ることができる。Ｃ６０などのエクスシチューでクラスターを作り、次いで、グラフェンに向かって加速することができる。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子を特に選択してグラフェンに部分を導入する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は触媒として機能する。高温で、必要に応じて気体の存在下で、部分を導入してもよい。他の実施形態では、ナノ粒子は、「彫る」部分を導入し、これは、照射中に原子を除去するのに要するエネルギー量を低減する助けとなる部分である。
【０１７２】
実施形態では、穿孔開口部の大きさを、ナノ粒子径およびナノ粒子エネルギーの両方の制御により制御する。いずれの特定の意見に束縛されることを望まないが、全ナノ粒子が穿孔するのに充分なエネルギーを有する場合、得られた穿孔は、選択されたナノ粒子径と相関すると考えられる。しかしながら、穿孔径は、穿孔過程中、ナノ粒子の変形により影響を受けると考えられる。この変形は、ナノ粒子の得寝る偽および大きさの両方ならびにグラフェン層の剛性により影響を受けると考えられる。ナノ粒子入射のグレージング角も、ナノ粒子の変形を産む可能性がある。加えて、ナノ粒子エネルギーを制御する場合、ナノ粒子を大きな質量およびサイズ分布で成膜することができるが、それでもシャープカットオフを達成することができると考えられる。
【０１７３】
いずれの特定の意見に束縛されることを望まないが、穿孔の機構は、１つの端部（充分なエネルギーをグラフェンシートに送達してＮＰ衝突部位中および衝突部位周囲の炭素を微粒化する）上でのスパッタリングおよびリッピングまたはフラクチャリング（歪み誘起による破壊が裂かれた孔を開口するが元のシートの部分としてグラフェン炭素を残す）により結合した連続体であると考えられる。グラフェン層の部分は、リッピングまたはフラクチャリング部位に折り重なり得る。実施形態では、クラスターは、炭素の除去に役立つように反応性であり得る（例えば、酸素クラスターまたはガスクラスタービーム、すなわち、混合ガスクラスタービーム中の炭素をエッチすることが公知の微量の分子を有する）。いずれの特定の意見に束縛されることを望まないが、グラフェン層の剛性は、グラフェンの弾性モジュラスおよび該グラフェンの緊縮性の両方により影響を受けると考えられる。グラフェン層の弾性モジュラスに影響を及ぼす因子は、温度、欠陥（ＮＰ照射からの小さい欠陥あるいはより大きい欠陥）、物理吸着、化学吸着およびドーピングを含むと考えられる。緊縮性は、成膜中の熱膨張係数の不一致（例えば、基材およびグラフェン層の間）、グラフェン層の歪み、グラフェン層のしわにより影響を受けると考えられる。グラフェン層の歪みは、グラフェン層の裏側（基材側）に対するガス圧の印加、グラフェン成膜前の弾性基材の歪み、成膜中の基材の曲げ、および層を局所的に収縮および局所的歪みを増大させる原因となる制御領域内のグラフェン層の欠損を含むいくつかの因子により影響を受け得ると考えられる。
【０１７４】
実施形態では、ナノ粒子穿孔を、穿孔中グラフェン層を変形して割れを誘導することにより１つ以上のグラフェン層を「引き裂く」または「（裂け目を）開ける」ことによりさらに制御することができる。いくつかの実施形態では、応力は方向性があり、特定の配向で優先的に破壊するために使用する。例えば、１つ以上のグラフェンシートのリッピングを使用して「スリット」形状の開口部を作ることができ；このような開口部は、開口部を開始するために使用するナノ粒子より実質的に大きくすることができる。追加の実施形態では、応力は特定の方向に配向していない。
【０１７５】
いくつかの実施形態では、筐体はさらに改変していくらでも変形、変更、置換またはここまでに記載していない均等な配置を込み入れることができるが、これは、本開示の趣旨および範囲にふさわしい。従って、筐体および方法は、前述の記載に限定されない。
【０１７６】
当業者が同じ化合物を異なって名付け得ることが知られているので、化合物の具体的名称は例示であるものとする。例えば、式中または化学名において化合物の特定の異性体または鏡像異性体が規定していない化合物が本明細書に記載されている場合、この記載は、個別にまたはいずれかの組合せで記載されている化合物の各異性体および鏡像異性体を含むものとする。当業者は、具体的に例示されたもの以外の方法、デバイス要素、出発物質および合成方法を、必要以上の実験方法を用いることなく本発明の実施において使用することができることを認識するだろう。いずれものこのような方法、デバイス要素、出発物質および合成方法の全ての当技術分野で公知の機能的均等物は、本発明に含まれるものとする。規定、例えば、温度範囲、時間範囲、または組成範囲中に範囲が与えられる場合はいつでも、全ての中間の範囲および部分範囲、ならびに与えられた範囲中に含まれる全ての個々の値は、本開示中に含まれるものとする。マーカッシュ群または他のグルーピングが本明細書で使用される場合、群の全ての個々のメンバーならびに群の可能な全ての組合せおよび副組合せは、本開示中に個々に含まれるものとする。
【０１７７】
本明細書で使用するとき、「含んでなる（備える）（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、または「により特徴付けられる（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ  ｂｙ）」と同義であり、非排他的またはオープンエンドであり、追加の、記述していない要素または方法工程を排除しない。本明細書で使用するとき、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、クレーム構成要件に規定されていないいずれもの要素、工程または成分を排除する。本明細書で使用するとき、「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、クレームの基本的および新規な特徴に実質的に影響しない材料または工程を排除しない。特に、組成物の構成要素の記載またはデバイスの要素の記載において、用語「含んでなる（備える）（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の本明細書中のいずれもの記述は、記述された構成要素または要素から本質的になるおよびからなるこれらの組成物および方法を包含すると理解される。本明細書中適切に例証として記載された本発明を、本明細書に特に開示されていないいずれもの要素または要素、限定または限定（複数）の非存在下で実施することができる。
【０１７８】
使用された用語および表現を、記載および非限定の用語として使用し、示され記載された特徴またはその部分のいずれもの均等物を除外するような用語および表現を使用する意図はないが、様々な修飾がクレームされた本発明の範囲内で可能であると認識される。従って、いくつかの実施形態は具体的に開示されているが、当業者は開示された本明細書中の概念の修飾および変化形を頼りにすることができ、このような修飾および変化形は附属のクレームにより規定された本発明の範囲内であると考えられることを理解するべきである。
【０１７９】
概して、本明細書で使用する用語および言い回しは、その当技術分野で認識される意味を有し、当業者に公知の標準的教科書、ジャーナル文献および文脈により見出すことができる。前述の定義は、本発明との関連でその特定の使用を分類するために提供される。
【０１８０】
本願全体にわたって全参考文献、例えば、取得したまたは付与された特許または均等物；特許出願公開；および非特許文献文書または他の資料は、各参考文献が少なくとも部分的に本願の開示と矛盾しない範囲で、あたかも参照により個々に組み入れられたかのように、その全文を参照することにより本明細書に組み入れられるものとする（例えば、部分的に矛盾する参考文献は、この参考文献の部分的に矛盾する部分を除いて、参照により組み入れられる）。
【０１８１】
本明細書中に言及した全特許および出版物は、本発明が関係する当業者のレベルを示す。本明細書で引用した参考文献は、当技術分野の、場合によっては、その出願日の技術水準を示すためにその全文を参照することにより本明細書に組み入れられ、この情報は、必要に応じて、従来技術である具体的実施形態を除外（例えば、請求権を放棄）するために本明細書で使用することができるものとする。例えば、化合物がクレームされる場合、本明細書で開示された参考文献（特に、参照した特許文書）中で開示された特定の化合物を含む従来技術で公知の化合物は本クレームに含まれないものとする。
【実施例】
【０１８２】
いくつかの実施形態を、次の実施例によりさらに例証する。例証する目的のためのみに実施例を提供するのであって、どんなふうにでも実施形態の範囲または内容を限定しないと解釈すべきである。
実施例１：細胞毒性試験：ニュートラルレッド取込み（ＮＲＵ）細胞毒性
【０１８３】
Ｌ９２９マウス線維芽細胞培養のインビトロ生体反応性を試験材料の抽出物に応じて定量的に決定した。９６ウェル組織培養プレート中で半コンフルーエントになるまで細胞を増殖した結果、半分コンフルーエントな単層を生成した。試験材料の抽出物を最小必須培地（ＭＥＭ）中で準備し、エタノール中に浸漬し、乾燥させて、次いで、培養プレート内の細胞層上に移動した。ポジティブおよびネガティブコントロールを同様に準備した。コントロールを除いて、全抽出物を６回反復投与し、コントロールを１２回反復投与した。コントロール材料を１００％濃度（ニート）で試験し、試験材料を１００％（ニート）、５０％、２５％、および１２．５％濃度で試験した。
【０１８４】
プレートを、５±１％ＣＯ２を含む加湿雰囲気中３７±１℃で２４〜２６時間インキュベートした。プレート検査後、培養培地を注意深く取り出し、細胞をリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）で洗浄した。ニュートラルレッド（ＮＲ）培地１００μＬ（０．２μｍフィルタを通してろ過したフェノールレッドを含まないＭＥＭ中５０μｇ／ｍＬ、同日使用）を各試験ウェルに添加し、プレートを３７±１℃でインキュベーター内において３±０．２時間さらにインキュベートした。それから、細胞をＰＢＳおよびエタノール／酢酸溶液１００μＬで洗浄し、各試験ウェルに添加してＮＲを抽出した。各ウェルの吸光度（ＯＤ）を５４０ｎｍで測定した。
【０１８５】
生細胞数は、ＮＲ脱着後の光度測定により決定した強度と相関した。すなわち、生細胞数の減少は、５４０ｎｍにおける吸光度によりモニターしたＮＲ量と直接的に相関した。ブランク（すなわち、抽出媒体に暴露した細胞）と比較した試験材料の生存率減少を、次式を使用して算出した：
【０１８６】
生存率％＝１００×ＯＤ５４０ｅ／ＯＤ５４０ｂ、
式中、ＯＤ５４０ｅは試験材料、ポジティブコントロールまたはネガティブコントロールの抽出物の吸光度測定値の平均値であり；ＯＤ５４０ｂはブランクの吸光度測定値の平均値である。試験システムは、次の条件が合っている場合適切であると考えられる：（ａ）ネガティブコントロールの生存率％が≧７０％であり、（ｂ）ポジティブコントロールの生存率％が＜７０％であり、（ｃ）未治療コントロールの各反復の平均（すなわち、未治療コントロールの作表結果の各列）が未治療コントロール平均の±１５％以内であった。試験材料サンプルの生存率が＜７０％である場合、細胞毒性の可能性を有すると見なした。
【０１８７】
次の試験材料を用いて細胞毒性試験を行った：（ｉ）コーティングなし／裸の基材；（ｉｉ）基材上の穿孔していないグラフェン；および（ｉｉｉ）基材上の穿孔したグラフェン。例示の試験材料の写真を図１３に示す。試験材料に使用した機材はトラックエッチングしたポリイミドであった。穿孔したグラフェンをナノ粒子穿孔により製造した。手短に、グラフェン材料の２層を製造した。各層は、該層を積層する前に、Ｃｕ成長用基材上でイオンビーム処理、試験用にポリマー（ＴＥＰＩ）に移動、ＵＶ−酸素処理および８時間の３００℃ベークアウトを行った。積層した層を、６．５ｋＶ  Ａｇナノ粒子（ＮＰ）に暴露した。ＮＰ分布を６ｎｍに集中し、フルエンスは約５×１０１０ＮＰ／ｃｍ２であった。グラフェン材料シートの基本面の法線方向に対して約４５°より大きい入射角で、ナノ粒子を提供した。ＮＰは、３０ｋｅＶのエネルギーにおいて９〜１１ｎｍ径であった。細孔は、通常、その底部で１０〜１２ｎｍであり、約２０ｎｍ〜７０ｍｍの長さで変わった。
コーティングなし／裸の基材
【０１８８】
コーティングなし／裸の基材の細胞毒性を表１のパラメータを用いて試験した。
【０１８９】
【表１】
2018521806.tif 000003
【０１９０】
細胞毒性試験の結果を表２に示す。
【０１９１】
【表２】
2018521806.tif 000004
【０１９２】
結果に基づいて、細胞毒性効果を有しないように基材材料を決定した。
基材上の穿孔していないグラフェン
【０１９３】
基材上に配置した穿孔していないグラフェンの細胞毒性を表３のパラメータを用いて試験した。
【０１９４】
【表３】
2018521806.tif 000005
【０１９５】
細胞毒性試験の結果を表４に示す。
【０１９６】
【表４】
2018521806.tif 000006
【０１９７】
結果に基づいて、細胞毒性効果を有しないように基材上の穿孔していないグラフェンを決定した。
基材上の穿孔したグラフェン
【０１９８】
基材上に配置した穿孔したグラフェンの細胞毒性を表５のパラメータを用いて試験した。
【０１９９】
【表５】
2018521806.tif 000007
【０２００】
細胞毒性試験の結果を表６に示す。
【０２０１】
【表６】
2018521806.tif 000008
【０２０２】
結果に基づいて、細胞毒性効果を有しないように基材上の穿孔したグラフェンを決定した。
実施例２：移植試験
【０２０３】
筋肉移植試験を使用して試験材料またはデバイスを移植する場合の生細胞に対する局所効果を評価した。試験材料を測定し、おおよそ幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍであった。試験材料は、（ｉ）コーティングなし／裸基材；（ｉｉ）基材上の穿孔していないグラフェン；および（ｉｉｉ）基材上の穿孔したグラフェンを含んだ。材料の厚さは本質的にポリマーの厚さであった。コントロールストリップも測定し幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍであった。
【０２０４】
移植前に、材料を７０％エタノール中で滅菌した。それから、６個のストリップをウサギの傍脊椎筋の各々に、正中線から約２．５ｃｍ、脊柱に平行にし、互いに約２．５ｃｍに移植した。試験材料を半分で折り畳んだ結果、グラフェン側（該当する場合）は外を向き（コーティングなし／裸基材のため、テープ層を適用し、試験材料を外に向いたテープ層を用いて移植した）、脊椎の片面に移植した。同様にして、ネガティブコントロールストリップを、各動物の反対側の筋肉に移植した。少なくとも１０個の試験材料ストリップおよび１０個のコントロールの合計を評価に必要とした。
【０２０５】
移植部位の適切な治癒および毒性の臨床徴候を保証するために２週間の観察下動物を飼育した。２週間の期間の最後に、動物の体重を量り、注射可能なバルビツール酸塩により殺処分した。組織が出血なしに切断されるように充分な時間をかけた。
【０２０６】
試験またはコントロールストリップを移植する傍脊椎筋を、メスを用いて移植部位周囲を切り出して組織を持ち上げることにより各動物から完全に取り出した。切除した組織を全体的に検査し、１０％中性緩衝ホルマリンを収容した容器に入れた。腋窩リンパ節を検査し、異常がないことを確認して、それらは集めなかった。
【０２０７】
ホルマリン固定後、各移植部位を組織のより大きな塊から検査し、以下の基準を用いて、炎症、被包、大量出血、壊死、および変色について肉眼で検査した：０＝正常；１＝軽度；２＝中程度；および３＝重度。いかなる場合でも、移植した材料の存在、形態、および位置は変化が見られなかった。
【０２０８】
肉眼観察後、移植材料を取り出し、移植部位を含む組織のスライドを処理した。ヘマトキシリンおよびエオシン染色した切片の組織スライドを準備して、光学顕微鏡検査により評価した。生体反応（炎症反応および治癒反応）を、顕微鏡観察および等級化した反応により評価し、表７および８に従って記録した。
【０２０９】
【表７】
2018521806.tif 000009
【０２１０】
【表８】
2018521806.tif 000010
【０２１１】
関連領域の相対的大きさを正常組織および正常血管分布の特徴を有する影響を受けない領域との移植／組織接触面から領域の幅を評価することにより採点した。関連領域の相対的大きさを、以下の基準を用いて採点した：０＝０ｍｍ部位なし；１＝０．５ｍｍ以下、非常に僅か；２＝０．６〜１．０ｍｍ、軽度；３＝１．１〜２．０ｍｍ、中程度；４＝＞２．０ｍｍ、重度。
【０２１２】
各移植部位について、全スコアを決定した。炎症反応を各部位について合計し、２の因子で重みを加えた。別々に、治癒反応を合計した。炎症反応および治癒反応を一緒に加えて、各部位の総スコアを得た。試験部位の平均スコアをその動物のコントロール部位の平均スコアと比較した。全動物について試験およびコントロール間の平均差を算出し、生体反応性評点を次のように割り当てた：０．０〜２．９＝反応なし（負の計算値は０として報告した）；３．０〜８．９＝僅かに反応；９．０〜１５．０＝中程度反応；および＞１５．０＝重度反応。
【０２１３】
病理学者は反応性の計算値をレビューした。全因子（例えば、相対的大きさ、応答パターン、炎症性対回復）の観察に基づいて、病理学オブザーバーは、正当性が証明される場合、生体反応性評点を修正する許容差を与えた。
【０２１４】
次の試験材料について移植結果を以下に示す：（ｉ）コーティングなし／裸の基材；（ｉｉ）基材上の穿孔していないグラフェン；および（ｉｉｉ）基材上の穿孔したグラフェン。
コーティングなし／裸基材
【０２１５】
コーティングなし／裸基材を用いた移植試験では、全３匹の試験動物は、表９に示すように、生物学的に有意でない量（１０％未満）で体重が減少した。
【０２１６】
【表９】
2018521806.tif 000011
【０２１７】
試験期間にわたって毒性の徴候を示す動物はなかった。肉眼評価は、表１０に示すように、炎症、被包、出血、壊死、または変色の有意な徴候を示さなかった。
【０２１８】
【表１０】
2018521806.tif 000012
2018521806.tif 000013
【０２１９】
移植部位の顕微鏡評価は、表１１に示すように、コントロール材料部位と比較して、炎症、線維症、新血管新生、または脂肪浸潤物の有意な徴候を示さなかった。
【０２２０】
【表１１】
2018521806.tif 000014
【０２２１】
上記データに基づいて、生体反応性評点を算出して０．７となった。
基材上の穿孔していないグラフェン
【０２２２】
基材上に配置した穿孔していないグラフェンを用いた移植試験では、全３匹の試験動物は、表１２に示すように、生物学的に有意でない量（６％未満）で体重が減少した。
【０２２３】
【表１２】
2018521806.tif 000015
【０２２４】
試験期間にわたって毒性の徴候を示す動物はなかった。肉眼評価は、表１３に示すように、炎症、被包、出血、壊死、または変色の有意な徴候を示さなかった。
【０２２５】
【表１３】
2018521806.tif 000016
2018521806.tif 000017
【０２２６】
移植部位の顕微鏡評価は、表１４に示すように、コントロール材料部位と比較して、炎症、線維症、新血管新生、または脂肪浸潤物の有意な徴候を示さなかった。１つ試験部位において、非グラフェン側にのみ数個のＭＮＧが存在した。
【０２２７】
【表１４】
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【０２２８】
上記データに基づいて、生体反応性評点を算出して２．２となった。
基材上の穿孔したグラフェン
【０２２９】
基材上に配置した穿孔したグラフェンを用いた移植試験では、表１５に示すように、２匹の動物が３％〜１０％その体重を減少し、１匹の動物はその体重を維持した。
【０２３０】
【表１５】
2018521806.tif 000019
【０２３１】
試験期間にわたって毒性の徴候を示す動物はなかった。肉眼評価は、表１６に示すように、炎症、被包、出血、または壊死の有意な徴候を示さなかった。いくつかのコントロール部位において軽度の変色に気付いた。
【０２３２】
【表１６】
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2018521806.tif 000021
【０２３３】
移植部位の顕微鏡評価は、表１７に示すように、コントロール材料部位と比較して、炎症、線維症、新血管新生、または脂肪浸潤物の有意な徴候を示さなかった。
【０２３４】
【表１７】
2018521806.tif 000022
【０２３５】
上記データに基づいて、生体反応性評点を算出して０．０となった。
実施例３−透過性試験−アルラレッドＡＣおよび銀ナノ粒子
【０２３６】
ＳｉＮ基材層および穿孔したグラフェン層を横切った小（アルラレッドＡＣ）および大（銀ナノ粒子）の透過性を、拡散細胞実験により評価した。ナノメートルのオーダーで選択性を有するコントロール膜と透過性を比較した。結果を図２５に示すが、図中、「Ｂａｒｅ  ＡＭ  Ｃｈｉｐ」はＳｉＮ基材であり、「バイオポア」はコントロール膜であり、「ナノポーラスグラフェン」は穿孔したグラフェンである。図中、結果を、試験した基材の面積に対して、コントロール膜を通過する物質の透過度に正規化した。また、コントロール膜を通過するアルラレッドＡＣおよび銀ナノ粒子の透過度も、互いに正規化した（生データに基づき、コントロール膜を通過する銀ナノ粒子の透過度より、コントロール膜を通過するアルラレッドＡＣの透過度は高い）。データは、ＳｉＮ層より、穿孔したグラフェン層を透過したアルラレッドＡＣは少なかったことを示した。さらに、より大きな程度までさえ、穿孔したグラフェン層は、ＳｉＮ層と比較して、銀ナノ粒子が層を横切るのを制限した。
実施例４−フルオレセインおよびＩｇＧの拡散輸送
【０２３７】
ＩｇＧと結合したフルオレセインの拡散輸送を、次の材料に関して拡散細胞実験により評価した：ＳｉＮ基材層（図２６中「ベアチップ（Ｂａｒｅ  Ｃｈｉｐ）」と名付けられている）、穿孔したグラフェン、穿孔していないグラフェン、およびコントロール膜（図２６中「バイオポア」と名付けられている）。結果は、ＳｉＮ基材層を通過するＩｇＧの正規化した流量は、穿孔したグラフェンを通過したものより大きかった。結果は、穿孔していないグラフェンを通過したＩｇＧの流量は最小であることも示した。理論に束縛されることはないが、穿孔していないグラフェンを通過して観察された流量は、グラフェンの内因性欠陥もしくは自然欠陥に起因すると考えられる。
【０２３８】
図２７は、フルオレセイン単独（すなわち、ＩｇＧと結合していない）で得られた透過度データを含む図２６の透過度結果を比較する。図は、フルオレセイン透過度はＩｇＧ透過度より大きいことを示す。
実施例５−透過度試験−ＦｌｕｏＳｐｈｅｒｅｓおよびフルオレセイン
【０２３９】
１００ｎｍ径Ｒｅｄ（５８０／６０５）Ｆｌｕｏｓｐｈｅｒｅｓおよびフルオレセインを、穿孔したグラフェンを用いて拡散細胞実験により評価した。図２８に示すように、拡散細胞の左側に添加したＦｌｕｏｓｐｈｅｒｅｓは、穿孔したグラフェンを横切らなかった。しかしながら、拡散細胞の左側に添加したフルオレセインは、穿孔したグラフェンを横切り、それから、拡散細胞の右側で検出された。
実施例６−透過度試験−様々な基材を横切るフルオレセイン
【０２４０】
様々な基材を横切るフルオレセインの透過度をＰｅｒｍｅｇｅａｒ細胞により測定した。室温において、７ｍｍ径の試験材料、およびＰＢＳＡ緩衝液中の５μＭフルオレセインを用いて実験を行った。図２９Ａに示すように、次の試験材料を使用した：（ｉ）コントロール膜（「バイオポア」）；（ｉｉ）コーティングなしの基材ＴＥＰＩ−４００／７（すなわち、４００ｎｍ細孔、７μｍ厚の基材）；（ｉｉ）穿孔していないグラフェン（「ＳＬＧ２  Ｕｎｐｅｒｆ」）２層でコーティングしたＴＥＰＩ−４００／７；（ｉｉｉ）コーティングなしの基材ＴＥＰＩ−４６０／２５；（ｉｖ）穿孔していないグラフェン２層でコーティングしたＴＥＰＩ−４６０／２５；（ｖ）穿孔したグラフェン２層でコーティングしたＴＥＰＩ−４６０／２５、グラフェンは銀ナノ粒子を用いて穿孔した。
【０２４１】
データは、穿孔していないグラフェンが、基材層を横切るフルオレセイン量を実質的に低下させることを示した。データは、穿孔したグラフェンでの基材のコーティングが、基材の透過性を実質的に変化させなかったことも示した。すなわち、コーティングなしのＴＥＰＩ−４６０／２５を横切るフルオレセインの透過性は、穿孔したグラフェンでコーティングしたＴＥＰＩ−４６０／２５を横切るフルオレセインと同様であった。これは、たとえ基材を横切る浮いたグラフェンの少しのパーセントのみが穿孔されていた場合でもそうであった。例えば、データは、基材を横切る浮いたグラフェンの１２〜１５％、８〜１０％、５〜６％、４〜５％、３〜４％または２〜３％が多孔性であった場合に同様な結果となることを示す。
【０２４２】
追加データ（示さず）は、基材を横切るフルオレセインの透過性がＮａＯＣｌを含む基材をエッチングすることにより促進されることをさらに示した。
【０２４３】
図２９Ｂおよび２９Ｃは、小さい蛍光染料分子（フルオレセイン、図２９Ｂ）および大きい１００ｎｍフルオロスフィア（図２９Ｃ）が、コーティングなしの基材、穿孔していないグラフェンをコーティングした基材、および穿孔したグラフェンをコーティングした基材を通過して拡散することを示す。プロットは、時間に対する、膜の低濃度溶液側についての相対的蛍光強度を示す。コーティングなしの基材は、蛍光検体両方に高度に透過性であるが、一方、穿孔していないグラフェンをコーティングした膜は低透過性であった。ナノ穿孔グラフェン膜のサイズ選択性は、より小さい検体に対するその相対的に高い透過性（フルオレセイン、図２９Ｂ）、より大きな検体に対する低透過性（フルオロスフィア、図２９Ｃ）により示された。検体両方を、リン酸緩衝食塩水溶液中に希釈した。ドナー濃度は、フルオレセインについては５μＭ、フルオロスフィアについては２００ｐｐｍであった。基材は、約３５０〜４５０ｎｍの範囲の細孔径を有するトラックエッチングしたポリマー膜であった。拡散に使用可能なサンプル面積は４９ｍｍ２であった。試験を室温で行った。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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