(57)【要約】  本発明は、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面に吸着し、かつさらに加工することなくそのような表面を直接改質する官能基を含む水溶性ポリマーの組成物を使用してそのような表面を改質する方法を対象とする。いくつかの実施形態において、そのような方法において使用される組成物は、示された温度範囲における水溶性、示された水性溶液中の濃度、およびある分子量範囲を有する水溶性酸化物吸着ポリマーを含み、水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれは、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの親油性部分を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含む。
2020509097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面にポリマー性単層を配置する方法であって、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する１つまたは複数の水溶性酸化物吸着ポリマーを含む水性または有機−水性溶液を接触させることを含み、前記水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれが、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの保護された官能基を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含む、方法。
【請求項２】
前記第１のモノマーが、（Ｎ，Ｎ−ジアルキル）アクリルアミドまたはビニルピロリドンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの保護された官能基が、保護されたアミノ、保護されたカルボキシル、保護されたチオール、保護されたカルボニル、保護されたヒドロキシルまたは保護されたホスホリルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記保護された官能基を脱保護する工程と、脱保護された官能基を表面改質部分の相補的官能基と反応させる工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記表面改質部分が親油性部分である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記親水性部分が、同じかまたは異なり、Ｃ１〜Ｃ３アルキル、ハロ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキル、メトキシ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルおよびヒドロキシル置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面にポリマー性単層を配置する方法であって、前記表面を、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する１つまたは複数の水溶性酸化物吸着ポリマーを含む水性または有機−水性溶液と接触させることを含み、前記水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれが、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの表面改質部分を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含む、方法。
【請求項８】
前記表面改質部分が親油性部分である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記親油性部分が、同じでも、異なっていてもよく、かつＣ１０アルキル、Ｃ１１アルキル、Ｃ１２アルキル、Ｃ１３アルキル、Ｃ１４アルキル、Ｃ１５アルキル、Ｃ１６アルキル、Ｃ１７アルキル、Ｃ１８アルキル、Ｃ１９アルキルおよびＣ２０アルキルからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のモノマーが、（Ｎ，Ｎ−ジアルキル）アクリルアミドまたはビニルピロリドンである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面に親油性被膜を配置する方法であって、前記表面を、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する１つまたは複数の水溶性酸化物吸着ポリマーを含む水性または有機−水性溶液と接触させることを含み、前記水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれが、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの親油性部分を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含む、方法。
【請求項１２】
前記第１のモノマーが、（Ｎ，Ｎ−ジアルキル）アクリルアミドまたはビニルピロリドンである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面を表面改質基で被覆する方法であって、
水溶性酸化物吸着ポリマーを含むポリマー組成物を生成する工程であって、前記水溶性酸化物吸着ポリマーがそれぞれ、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの保護された官能基を有する第２のモノマーとを含む直鎖状コポリマーを含み、前記組成物の各水溶性酸化物吸着ポリマーが、少なくとも３：１の第１のモノマー：第２のモノマー分子比を有する、工程と、
前記直鎖状コポリマーの前記保護された官能基を活性化して、反応性官能基を生成する工程と、
表面改質基を前記反応性官能基と反応させて、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する表面改質ポリマー組成物を生成する工程と、
水性または有機−水性溶液中、前記金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面を前記表面改質ポリマー組成物に曝露する工程と
を含む、方法。
【請求項１４】
前記第１のモノマーが、（Ｎ，Ｎ−ジアルキル）アクリルアミドまたはビニルピロリドンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記表面改質基がＣ１２〜Ｃ２０アルキルである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記親水性部分が、同じかまたは異なり、Ｃ１〜Ｃ３アルキル、ハロ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキル、メトキシ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルおよびヒドロキシル置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１７年２月７日に出願された米国仮特許出願第６２／４５５，７４７号に対する優先権の利益を主張し、その内容の全体が参照により組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  単層ポリマー性被膜、例えば、自己組織化単分子膜（SAM）は、表面の特性を改質するための強力な手段であり、特に、有用なバルク特性を有することができるが、不都合なことに分析デバイスと接触した分析物または他の反応物と相互作用する表面を持つ分析デバイスにおいて使用された材料の表面の特性を改質するための強力な手段である。多くのバイオ分析デバイスは、マイクロ機械加工技術および半導体製造技術を使用して効率的に製作され、生体分子、特にタンパク質に対して好ましくない吸着特性を有する金属酸化物表面もしくは分析プロセスに望ましい官能基がない金属酸化物表面を有したり、または生じさせたりすることがある。通常、そのような表面は、タンパク質を容易に吸着および保持し、これは、そのような吸着を最小限にするよう設計された、ＳＡＭを含む様々な目的別の被膜の開発につながった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  上述を考えると、バイオ分析デバイスの分野は、水性溶液から金属酸化物表面に単層を形成することができ、そのような表面に多種多様な表面改質基を好都合に与えることができる新しいポリマー組成物の利用可能性により進展するであろう。特に、そのような新しい化合物は、固体およびタンパク質成分を含むハイブリッドナノポアデバイスのより効率的な製作を可能にするであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  本発明は、金属酸化物表面改質水溶性ポリマーおよびその用途を対象とする。本発明は、いくつかの実施および用途において例示され、その一部を以下および本明細書全体にわたってまとめる。
【０００５】
[0005]  １つの態様において、本発明は、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面にポリマー性単層を配置する方法であって、前記表面を、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する１つまたは複数の水溶性酸化物吸着ポリマーを含む有機−水性溶液と接触させることを含み、水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれが、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの保護された官能基を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含み、水性条件下で吸着後の、方法を対象とする。
【０００６】
[0006]  別の態様において、本発明は、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面に親油性被膜を配置する方法であって、前記表面を、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する１つまたは複数の水溶性酸化物吸着ポリマーを含む有機−水性溶液と接触させることを含み、水溶性酸化物吸着ポリマーのそれぞれが、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの親油性部分を有する第２のモノマーとを含み、かつ第１のモノマー：第２のモノマー分子比が少なくとも３：１である、直鎖状コポリマーを含む、方法を対象とする。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの親油性部分はＣ１２〜Ｃ２０アルキルであり、第１のモノマーは、（Ｎ，Ｎ−ジアルキル）アクリルアミドまたはビニルピロリドンである。
【０００７】
[0007]  別の態様において、本発明は、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面を表面改質基で被覆する方法であって、（ａ）水溶性酸化物吸着ポリマーを含むポリマー組成物を生成する工程であって、水溶性酸化物吸着ポリマーがそれぞれ、少なくとも１つの親水性部分を有する第１のモノマーと、少なくとも１つの保護された官能基を有する第２のモノマーとを含む直鎖状コポリマーを含み、組成物の各水溶性酸化物吸着ポリマーが、少なくとも３：１の第１のモノマー：第２のモノマー分子比を有する、工程と、（ｂ）（例えば、官能基を脱保護して反応性官能基を生成することにより）直鎖状コポリマーの反応性官能基を活性化する工程と、（ｃ）表面改質基を反応性官能基と反応させて、（ｉ）約２０℃〜約５０℃の間の温度範囲における水溶性、（ｉｉ）約０．００１％重量／体積〜約１０％重量／体積の間の範囲内の水性溶液中の濃度、および（ｉｉｉ）約５×１０３〜約１×１０６ダルトンの間の範囲内の分子量を有する表面改質ポリマー組成物を生成する工程と、（ｄ）有機−水性溶液中、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面を表面改質ポリマー組成物に曝露する工程とを含む、方法を対象とする。表面改質ポリマー組成物またはそのような組成物の表面改質部分は、それが塗布される固体表面の以下の表面特性：親水性、表面電荷、表面エネルギー、生体適合性および反応性のいずれかを変化または改質させることができる。いくつかの実施形態において、特に興味深いのは、標的表面の親水性を変化もしくは改質させる表面改質組成物および／または部分である。いくつかの実施形態において、特に興味深いのは、標的表面の生体適合性を変化もしくは改質させる表面改質組成物および／または部分である。
【０００８】
[0008]  上で特徴づけられた本発明のこれらの態様ならびに他の態様は、いくつかの示した実施および用途において例示され、その一部が、図に示され、以下の特許請求の範囲において特徴づけられる。しかし、上述の概要は、それぞれ示した実施形態または本発明のすべての実施を説明するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１つの態様の概要を示す図である。
【図２Ａ】本発明の自己組織化表面改質ポリマーの用途を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の自己組織化表面改質ポリマーの用途を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の自己組織化表面改質ポリマーの用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0011]  本発明は、様々な改変および代替の形態に適しているが、これらの具体例を、例として図面に示しており、詳細に説明する。しかし、記載されている特定の実施形態に本発明を限定するものではないと理解されるべきである。本発明の趣旨および範囲に含まれるすべての改変形態、均等物および代替形態を対象に含むものである。
【００１１】
[0012]  いくつかの実施形態において、本発明は、金属酸化物表面またはヒドロキシル化ポリマー表面に吸着し、かつさらに加工することなくそのような表面を直接改質する官能基を含む水溶性ポリマーの組成物、または、活性化させて、そのような表面を改質する相補的部分と反応させることができる保護された官能基を含む水溶性ポリマーの組成物を対象とする。表面改質のタイプは、大きく変化してもよく、限定はされないが、表面電荷の改変、親水性または疎水性の改変、表面到達性の改変、選択された分析物を結合するためのリガンドの付加などを含む。
【００１２】
[0013]  いくつかの実施形態において、本発明は、バイオ分析デバイス、例えば、タンパク質成分およびナノ構造、例えば、ナノポアを取り込んでいるデバイスを製作するための上述のポリマーのポリマーの使用を対象とする。
【００１３】
[0014]  本発明のいくつかの実施形態の概要を図１に示した。いくつかの実施形態において、本発明は、ポリマー（１００）が金属酸化物表面（１１０）に吸着する（１０６）と自己組織化または集合が可能であり、それによって金属酸化物層（１１０）上に親油性自己組織化単分子膜（１０８）を形成する、親水性金属酸化物−結合ドメインと疎水基（１０４）とを含む水溶性ポリマー（１００）を含む組成物を対象とする。いくつかの実施形態において、本発明のポリマーは、ヒドロキシル化ポリマー、金属酸化物および基（ＭｎＯｍ）（式中、Ｍは金属原子、Ｏは酸素、ｎ、ｍ＞０）の表面を含む多種多様なヒドロキシル化表面に親油性単層を形成するために使用することができる。例示的な金属酸化物には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮｘ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、シリカなどが含まれるが、これらに限定されない。
【００１４】
[0015]  本発明のポリマーの親水性金属酸化物−結合ドメインは、以下の参考文献に記載のものなど、様々な化学的分類に属し得る：Ｍｏｌｙｎｅｕｘ、Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ、Ｖｏｌｕｍｅｓ  Ｉ  ａｎｄ  ＩＩ（CRC Press, Boca Raton, 1982）；編者Ｄａｖｉｄｓｏｎ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｇｕｍｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｉｎｓ（Mcraw-Hill, New York, 1980）；編者Ｆｒａｎｋｓ、Ｗａｔｅｒ．Ａ  Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ｔｒｅａｔｉｓｅ（Plenum Press, New York, 1973）など。いくつかの実施形態において、水溶性金属酸化物吸着ドメインには、Ｎ，Ｎ−二置換ポリアクリルアミド、Ｎ−一置換ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルピロリドンなどが含まれるが、これらに限定されない。ポリアクリルアミドの例示的な置換基には、Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、ハロ置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、メトキシ置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、ヒドロキシル置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキルなどが含まれる。好ましくは、ハロ置換基はフルオロであり、ヒドロキシル置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキルは一置換されている。上述のモノマー置換基および親油性自己組織化基は、得られるポリマーが水溶性であるように選択されるものと理解される。例えば、Ｃ１２アルキル含有モノマーは、コポリマーのごく一部の成分として、例えば、１０重量パーセント以下、または他の実施形態において、５重量パーセント以下、または他の実施形態において、２重量パーセント以下のみ存在し得ることは明らかである。より好ましくは、例示的な置換基は、Ｃ１〜Ｃ３アルキル、ハロ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキル、メトキシ置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルおよびヒドロキシル置換Ｃ１〜Ｃ３アルキルからなる群から選択される。
【００１５】
[0016]  上で述べたように、本発明のコポリマーは、少なくとも１つの保護された官能基を有する第２のモノマーを含んでもよく、これは、例えば、反応または被覆工程などを促進するために使用することができる。例示的な官能基には、カルボニル、アミノ、チオール、カルボキシル、ヒドロキシル、ホスホリルなどが含まれるが、これらに限定されない。したがって、例示的な保護された官能基には、保護されたアミノ、保護されたカルボキシル、保護されたチオール、保護されたカルボニル、保護されたヒドロキシル、保護されたホスホリルなどが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、保護された官能基には、保護されたアミノまたは保護されたチオールが含まれる。いくつかの実施形態によれば、ある種の工程において、保護された官能基を生成するために、そのような官能基が従来の保護基により保護されてもよい。（それによって「保護された官能基」を生成するための）これらおよび他の官能基の保護基を選択するためのガイダンスは、有機化学の標準的な専門書、例えば、Ｗｕｔｓ、“Ｇｒｅｅｎ’ｓ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐｓ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、第５版（Wiley, 2014）に記載されている場合がある。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、さらに、（反応性官能基を生成するために）保護された官能基を脱保護する工程と、（例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５１８８９３４号に記載されているように）脱保護された（または反応性）官能基を相補的官能基と反応させて最終生成物または被膜を生成する工程とを含む。相補的官能基は、単に、例えば、第２のモノマーと表面改質基との間に結合部分または連結部分を形成するために、官能基と優先的に反応する基である。
【００１６】
[0017]  本発明のポリマーが可溶な水性溶媒は、ｐＨを制御するために、様々な濃度の塩および／または緩衝系を含んでもよい。いくつかの実施形態において、本発明のポリマーは、最大１モルの塩濃度を有し、かつ約２０℃〜約５０℃の温度範囲にわたる溶液中で金属酸化物表面に安定な自己組織化単分子膜を形成する。例示的なｐＨ緩衝液には、有機酸、例えば、クエン酸、酢酸またはギ酸；両性イオン、例えば、ＴＥＳ（Ｎ−トリス［ヒドロキシメチル］−２−アミノエタンスルホン酸、ＢＩＣＩＮＥ（Ｎ，Ｎ−ビス［２−ヒドロキシエチル］グリシン、ＡＣＥＳ（２−［２−アミノ−２−オキソエチル）−アミノ］エタンスルホン酸）またはグリシルグリシン；無機酸、例えば、リン酸；および例えば、Ｓｉｇｍａから入手できるＴｒｉｓ（トリス［ヒドロキシメチル］アミノメタン）緩衝剤などの有機塩基の水性溶液が含まれる。緩衝液の濃度は、例えば、約１ｍＭ〜１Ｍの間で大きく変化し得るが、通常は約２０ｍＭである。さらに、水性付着溶媒系は、水混和性有機共溶媒、例えば、メタノール、エタノール、ＤＭＦ、ＤＭＳＯなどを含むことができて、溶媒系は、有機溶媒を最大９０％含むことができる。
【００１７】
[0018]  いくつかの実施形態において、本発明のポリマーの親油性ドメインは、全ポリマーが水溶性であることを条件として、大きく変化してもよい。いくつかの実施形態において、比較的より大きいアルキル含有部分（例えば、Ｃ８〜Ｃ２０）はまばら（例えば、平均で５個目以上毎のモノマー）に親水性ポリマー骨格に結合している。いくつかの実施形態において、親油性ドメインは、同じでも、異なっていてもよく、かつＣ１０アルキル、Ｃ１１アルキル、Ｃ１２アルキル、Ｃ１３アルキル、Ｃ１４アルキル、Ｃ１５アルキル、Ｃ１６アルキル、Ｃ１７アルキル、Ｃ１８アルキル、Ｃ１９アルキルまたはＣ２０アルキルから選択される。いくつかの実施形態において、親水性モノマー対親油性モノマーの比は少なくとも３：１であり、他の実施形態において、この比は少なくとも５：１であり、他の実施形態において、この比は少なくとも１０：１であり、他の実施形態において、この比は少なくとも２０：１である。
【００１８】
[0019]  本発明のポリマーは、従来の技術により、例えば、Ｏｄｉａｎ、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ、第３版（John Wiley, New York, 1991）に開示されているように合成することができる。いくつかの実施形態において、コポリマーは、従来の開始剤を使用するフリーラジカル重合によりアルケニルモノマーから生成され、少なくとも１つのモノマーが親水性部分を有し、少なくとも１つのモノマーが、親油性付与のための官能基を有する。
【００１９】
[0020]  ポリマーの金属酸化物吸着品質は、いくつかの周知の方法で、例えば、エリプソメトリー、吸着剤試験粒子の流体力学的特性の変化の測定、吸着等温線の決定または同様の方法により測定することができる。そのような技術は、Ｍａｌｍｓｔｅｎら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２５：２４７４−２４８１（１９９２）；Ｒｏｂ  ａｎｄ  Ｓｍｉｔｈ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｊ．、１０：１００５−１０１０（１９７４）；Ｖｉｎｃｅｎｔら、Ｓｕｒｆ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｓｃｉ．、１２：１−１１７（１９８２）；Ｔａｋａｈａｓｈｉら、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、４６：１−６５（１９８２）および同様の参考文献に記載されている。吸着等温線は、吸着剤によって固定温度の所与の物質の溶液に対して起こる吸着のグラフ表示である。吸着等温線の決定には、吸着が測定される既知濃度の材料（吸着物）の溶液を調製する必要がある。吸着物溶液は、その表面に吸着物が付着する既知量の材料（吸着剤）と組み合わせられる。溶液中の吸着物と吸着剤表面の吸着物との間で平衡に達すると、吸着物溶液の濃度が決定される。溶液濃度の低下は、標準条件下での吸着物の吸着度の尺度である。
【００２０】
[0021]  親油性被膜を与えるために設計されたポリマー組成物については、生じる表面の親油性は、例えば、Ｆｏｒｃｈら、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Wiley-VCH Verlag, 2009）により教示されているように、１組の標準条件下の接触角測定により測定または比較することができる。
【００２１】
表面改質水溶性ポリマーの合成スキーム
[0022]  いくつかの実施形態において、本発明のポリマーは、１工程または３工程で合成することができる。１工程法では、Ｒ１は、水溶性ポリマーに金属酸化物結合特性をさらに与える水溶化部分を含み、Ｒ２は、表面改質部分、例えば、親油性部分を含む。３工程法では、Ｒ１は上述と同じであり、Ｒ２は、所望の表面改質部分にさらに改質することができる官能基を含み、Ｒ２がカルボン酸である場合、第１の工程は重合であり、第２の工程は、カルボキシレートから活性エステルへの活性化であり、第３の工程は、１工程法で得られる所望のＲ２を含むアミンとの活性エステルの縮合であり、Ｒ２が保護されたアミンである場合、第１の工程は重合であり、第２の工程は、アミンの脱保護であり、第３の工程は、１工程法で得られる所望のＲ２を含む酸塩化物、酸ＮＨＳエステルまたはハロゲン化アルキルとのアミンの縮合である。第１および第２のモノマーの比（すなわち、ｍの値）は、最終生成物の所望の溶解性および表面被覆度が得られるように選択される。合成後、ポリマー組成物は、別の従来の加工工程、例えば、単離工程、サイズ分離工程、濾過工程または他の精製工程もしくは濃縮工程を経てもよく、その後、表面への塗布に適した水性混合物中で可溶化される。
【００２２】
[0023]  以下で、いくつかの合成スキームをより詳しく説明する。
【００２３】
【化１】
2020509097.tif 000003
式１のスキームのいくつかの実施形態において、Ｒ１は、Ｎ，Ｎ−二置換アクリルアミドでもよく、例えば、（１）として（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド（DMA）を与えるＮ，Ｎ−ジメチル置換アクリルアミドでもよい。他の実施形態において、Ｒ１は、（１）としてビニルピロリドンを与えるピロリドンでもよい。ｍは、５〜１００の範囲内で選択されてもよく、ｎ＞５である。
【００２４】
[0024]  いくつかの実施形態において、上述のように、本発明のポリマーは、１工程で合成することができる。例えば、Ｒ１は、（Ｎ，Ｎ−二置換）アクリルアミドおよび／またはピロリドンでもよく、Ｒ２は、以下の形態を有してもよい。
【００２５】
【化２】
2020509097.tif 000004
（式中、Ｗは連結基であり、Ｅ３は、疎水性アルキル基、例えば、Ｃ８〜Ｃ２０である）
【００２６】
[0025]  いくつかの実施形態において、式１のＲ２は、以下の形態を有してもよい。
【００２７】
【化３】
2020509097.tif 000005
（式中、Ｘは連結基であり、Ｐは、以下の式に示す反応性アミン（Ｒ３）を有するポリマー（４）を生成するために重合後に除去することができる保護基である）
【００２８】
【化４】
2020509097.tif 000006
【００２９】
[0026]  式２のスキームのいくつかの実施形態において、以下の式３に示すような本発明の別のポリマーを生成するために、様々な反応においてポリマー（４）を使用することができる。
【００３０】
【化５】
2020509097.tif 000007
（式中、Ｒ４−Ｌは、（上で定義した）Ｙ−Ｅ３を含む試薬であり、Ｌ＝Ｙは、脱離基、例えば、ハロゲン化物、トシレートまたはメシレートであり、ポリマー（４）は、（上で定義した）Ｒ４＝Ｅ３を含むポリマー（５）に変換され、Ｒ５は二級アミンである）
【００３１】
[0027]  別の例を以下の式４に示す。
【００３２】
【化６】
2020509097.tif 000008
（式中、Ｒ６は、Ｅ３が先に定義した通りであり、Ｌ＝Ｙが、脱離基、例えば、ハロゲン化物またはＮ−ヒドロキシスクシンイミドであるような以下の基
【００３３】
【化７】
2020509097.tif 000009
を含む試薬である）
したがって、ポリマー（４）は、二級アミドＲ５を有するポリマー（６）に変換される。
【００３４】
[0028]  いくつかの実施形態において、本発明の別のポリマーは、式５に示すようにポリマー（３）から構築することができる：
【００３５】
【化８】
2020509097.tif 000010
（式中、ポリマー（３）のＲ２は、カルボキシレートであり、活性化試薬、例えば、炭酸ジスクシンイミジルまたはＴＳＴＵで処理されてポリマー（７）を与え、これは、活性エステル誘導体Ｒ７−Ｒ８を含み、Ｒ７−Ｒ８は以下の通りである：
【００３６】
【化９】
2020509097.tif 000011
（式中、Ｙは、脱離基、例えば、ハロゲン化物またはＮ−ヒドロキシスクシンイミドである））
【００３７】
[0029]  いくつかの実施形態において、活性化されたポリマー（７）をアルキルアミン、Ｈ２Ｎ−Ｅ３（式中、Ｅ３はＣ８〜Ｃ２０でもよい）と組み合わせることにより本発明の別のポリマーが製造されて、式６のポリマー（８）を与えてもよい。
【００３８】
【化１０】
2020509097.tif 000012
（式中、Ｒ７は一級アミドであり、Ｒ９はＥ３（これはＣ８〜Ｃ２０でもよい）である）
【００３９】
用途
[0030]  いくつかの実施形態において、本発明のポリマー組成物は、非特異的結合を緩和する不動態化された表面を与えるために使用することができる。例として、タンパク質を結合することが既知のポリ（ジメチルアクリルアミド）（pDMA）組成物は、タンパク質結合を緩和することが既知であるポリ（エチレンオキシド）（PEG）基で改質することができるため、金属酸化物表面に材料の不動態化単層を与えるためにｐＤＭＡを使用することができる。
【００４０】
[0031]  いくつかの実施形態において、本発明のポリマー組成物は、金属酸化物保護された固体ナノポア配列上に親油性被膜を与えるために使用することができる。被覆された表面に配置されたタンパク質ナノポアは、被覆された固体ナノポアに安定して挿入する。いくつかの実施形態において、そのような挿入の後、曝露した親油性表面が、界面活性剤による処理によって不動態化されてもよい。そのような用途の実施形態が図２Ａに示されており、この図は、ナノポア（２１６）を含み、かつ金属酸化物被膜（２１４）を有する固体デバイス（２０６）に塗布（２０５）される水性溶液中の親水性ドメイン（２０２）および親油基（２０４）を有するポリマーを含む本発明のポリマー組成物（２００）を示す。例えば、固体デバイス（２０６）は、ケイ素層（２１２）と窒化ケイ素層（２１０）と金属層（２０８）とを含むナノポア配列でもよく、これらの層は、例えば、ＳｉＯ２でもよい金属酸化物層（２１４）により封入されている。図２Ｂに示す通り、ポリマー溶液（２００）と接触すると、親水性ドメイン（２０２）により、ポリマー（２００）がＳｉＯ２表面（２１４）に吸着し、親油基（２０４）が単層（２２０）として集合する。タンパク質ナノポア（２２２）がデバイス（２０６）と組み合わせられると、これは、親油性タンパク質ドメインがナノポアにおいて層（２２０）の親油基と集合するエネルギー的に安定な配置を含め、表面（２２０）に吸着する。
【実施例】
【００４１】
実施例１
親油性付与のためのカルボキシル基を有するポリ（（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド）の合成
[0032]  親油性付与のためのカルボキシル基を含む前駆体ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミドを、９：１の比の第１および第２のモノマーを使用して、以下の反応スキームにしたがって合成することができる。
【００４２】
【化１１】
2020509097.tif 000013
【００４３】
[0033]  ポリ（（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド）（Ａ）を以下の通り合成した：マグネチックスターバー、アルゴン導入管、ガスバブラーに接続された排出管および内部温度計を備えた５０ｍＬフラスコに、脱イオン水２５０ｍＬおよび（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド１５グラムを加えた。この溶液を、酸素を含まないアルゴンで０．５時間パージし、次いで、水１ｍＬに溶解させた亜硫酸ナトリウム０．１グラムを加えた。この溶液を、マグネチックスターバーで撹拌しながら４０℃（内部温度）にし、次いで、水３ｍＬに溶解させた過硫酸アンモニウム０．４グラムを加え、過硫酸イオンを添加した後、内部温度を６５℃まで上げた。内部温度を６５〜７０℃の間に１時間維持した後、水５ｍＬに溶解させた亜硫酸ナトリウム０．６５グラムを濃厚溶液に加え、温度を６５〜７０℃の間にさらに１５分間維持した。この時間の後、濃厚溶液を徐冷し、全反応混合物を、交換脱イオン水の全体積が４Ｌの３８ｃｍのＳｐｅｃｔｒａ／Ｐｏｒ（登録商標）２透析膜（MWCO：１２〜１４ｋＤ）内で４８時間にわたり透析し、１２時間毎に水を補充した（交換水の全体積１６Ｌ）。
【００４４】
実施例２
ポリ（（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド）への親油性付与
[0034]  実施例１の前駆体のカルボキシル基を以下の反応において活性化することができる。
【００４５】
【化１２】
2020509097.tif 000014
２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：アクリル酸コポリマー、テトラブチルアンモニウム塩（Ｂ）の合成：ポリ（（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド））（Ａ）の合成のプロセスと同一のプロセスにしたがった。ただし、アクリル酸０．７５グラムおよび（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド１４．２５グラムを（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド１５グラムの代わりに使用したことを除く。コポリマーの透析完了後、水中の４０％テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを添加して、酸基をｐＨ８．４まで中和した。
【００４６】
[0035]  次いで、（Ｂ）の活性化されたカルボキシルをＮＨＳエステルに変換し、これをアルキルアミンと反応させて以下の本発明のポリマー（Ｃ）を得る。
【００４７】
【化１３】
2020509097.tif 000015
２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：（Ｎ−ドデシル）アクリルアミドコポリマー（Ｃ）の合成を以下の通り実施した：Ｂの水性溶液を（２ｍｍの真空、室温で恒量まで）蒸発乾固し、ガラス状固体を得た。乾燥Ｎ−メチルピロリドン（NMP）２２グラム中の乾燥Ｂ０．５７グラムの溶液にトリブチルアミン１２０μＬを加え、乾燥ＮＭＰ３ｍＬに溶解させたＯ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレート（TSTU）０．１５グラムの溶液を１回で加えた。室温で３時間撹拌後、乾燥ＮＭＰ４ｍＬ中のドデシルアミン０．３０グラムの溶液を１回で加えた。この溶液を室温で１０時間撹拌し、次いで、反応混合物を脱イオン水８０ｍＬ中に希釈した。水性懸濁液を遠心分離し、少量の非水溶性の膠状の塊を得た。水性層を、交換脱イオン水の全体積が４Ｌの２０ｃｍのＳｐｅｃｔｒａ／Ｐｏｒ（登録商標）２透析膜（MWCO：１２〜１４ｋＤ）内で４８時間にわたり透析し、１２時間毎に水を補充した（交換水の全体積１６Ｌ）。最終生成物、および（Ｃ）の水性溶液を０．２ｕセルロースアセテート膜に通して濾過した。
【００４８】
実施例３
２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：（Ｎ−ヘキサデシル）アクリルアミドコポリマーの合成
[0036]  ２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：（Ｎ−ヘキサデシル）アクリルアミドコポリマー（Ｄ）を合成するプロセスは、合成（Ｃ）と同一のプロセスであった。ただし、ヘキサデシルアミン０．４グラムをドデシルアミン０．２グラムの代わりに使用したことを除く。
【００４９】
実施例４
２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：（Ｎ−ＰＥＧ−５）アクリルアミドコポリマーの合成
[0037]  ２０：１の（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アクリルアミド：（Ｎ−ＰＥＧ−５）アクリルアミドコポリマー（Ｅ）を合成するプロセスは、合成（Ｃ）と同一のプロセスであった。ただし、アミノ−ＰＥＧ５−アルコール（Broadpharm; CAS番号３４１８８−１１−９）０．５グラムをドデシルアミン０．３グラムの代わりに使用したことを除く。
【００５０】
実施例５
接触角による表面被膜の有効性の測定
[0038]  本発明にしたがって被覆されたガラス表面の水滴の接触角を測定することにより、親油性表面被膜の有効性を決定した。従来の接触角測定器を使用して接触角測定を実施した。被覆する前に、顕微鏡用ガラススライドをメタノール中の２％  ＫＯＨに一晩浸漬し、続いて、ＤＩ水で洗浄し、ＤＩ水に１２時間浸漬し、次いで、熱風ヒートガンで乾燥した。乾燥したスライドを、接触角測定の前に０．１ｗｔ％ポリマー溶液に数秒間浸漬し、ＤＩ水ですすぎ、熱風ヒートガンで乾燥した。ガラス表面に塗布された様々なポリマー被膜を以下の表Ｉの１列目に示し、２〜５列は、各列の先頭の１行目に示した様々な条件における接触角データを示す。
【００５１】
【表１】
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【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【国際調査報告】
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