JP2003528186A - 固体支持体上に高密度の第１級アミン基を有する分子層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固体基質上に高密度の第１級アミン基を有する固体基質を形成する方法を提供する。前記方法は、基質表面に形成されているアミノシラン分子層のアミン基をアジリジンまたはアジリジン誘導体と反応させることを特徴とする。本発明によれば、基質上面の表面での第１級アミン官能基（−ＮＨ₂）密度を大幅に増加させうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 技術分野 本発明は固体支持体上に高密度の第１級アミン基を有する分子層の形成方法に
関する。

【０００２】 より詳細には、本発明はヒドロキシル化固体支持体上に高密度の第１級アミン
基を有する線形または高分枝化された高分子層の形成方法に関する。また、本発
明はアミノシラン化(aminosilylated)基質表面上に第１級アミンを用いてアジリ
ジンまたはアジリジン誘導体の開環重合を開始すると同時に固体基質上に高密度
の第１級アミン基を有する高分子層を成長させる方法に関する。

【０００３】 背景技術 シラン化、特に固体支持体表面のアミノシラン化は、酵素、抗体のような生体
分子の固定化、無機触媒の固定化、電極の改質化、クロマトグラフィー及びイオ
ン性高分子、非線形光学的発色団、フラーレン、ポルフィリン、遷移金属錯物及
び無機コロイダル粒子を含有する多様な形態の分子を用いる自己組立て用のビル
ディングファウンデーションなどの多くの分野に適用されている。

【０００４】 基質表面に形成されたアミノシラン分子層の化学的及び物理的性質は非常に重
要である。なぜなら、これは固定化されるか、あるいはこれ自体組立てられる分
子の形態及び表面密度に影響を与え、最終的に形成された機能性薄膜の構造及び
性質を決定する因子であるからである。

【０００５】 一方、基質（または基板）表面で開始される重合反応は、その広範な応用性に
よって注目を浴びている。重合を伴う新しい分子構造は、基質の表面特性を変化
させるので、需要を充足させるように選択できる。また、基質表面に結合した開
始剤と高分子鎖との化学結合は単純吸着された高分子フィルムに優れた安全性を
与える。

【０００６】 また、“グラフティングフロム”（ｇｒａｆｔｉｎｇ ｆｒｏｍ）方法論によ
れば、支持体表面に望ましい組織形態が作られる。したがって、固体支持体、す
なわち、基質上で開始した重合に多くの興味が集中しているのが実情である。

【０００７】 ウルマンら（Ｕｌｍａｎ ｅｔ ａｌ．）は、ω−ヒドロキシチオール修飾Ａｕ
の表面に２−エチル−２−オキサゾリンが陽イオン的に重合できるという研究結
果を報告しつつ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２０，２４３（１９９８））
、スチレンの表面−開始陰イオン性重合が“グラフティングオントゥー”（ｇｒ
ａｆｔｉｎｇ ｏｎｔｏ）方法に比べて有利であるということを明らかにした（
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２１，１０１６（１９９９））。最近、グラッ
ブら（Ｇｒｕｂｂ ｅｔ ａｌ．）は、開環メタセシス重合（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎ
ｉｎｇ ｍｅｔａｔｈｅｓｉｓ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ：ＲＯＭＰ）触媒
が固体支持体上でノルボネンを重合して高分子ブラシを得ることに成功したとい
うことを報告した（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２１，４０８８（１９９９
））。

【０００８】 一方、今まで知られたところによると、固体支持体の表面上に適切な試薬を用
いる場合、第１級アミン官能基密度は単位面積１００Ų当り約３．５である。
ところが、表面にこのような程度の第１級アミン基密度を有する固体支持体では
、その適用分野が非常に制限的であって改善の余地が多い。表面に第１級アミン
基を有する固体支持体は、ＤＮＡチップや多様なバイオチップを製造する基質と
して使用できる。しかし、表面に１００Ų当り約３．５のアミン密度を有する
基質は、表面にＤＮＡオリゴヌクレオチドまたは効果の異なるバイオ分子を含有
するヒドロゲルを固定させるには不十分であるが、これはこのようなマイクロビ
ーズは高い再使用性のためにより強い接合力を必要とするからである。したがっ
て、通常の固体支持体はバイオチップの高い安定性と広範な応用に不適合である
。

【０００９】 発明の開示 本発明は、固体支持体上に高密度の第１級アミン基を有する分子層の形成方法
を提供することを目的とする。

【００１０】 本発明は、アジリジンまたはアジリジン誘導体をアミノシラン化基質の表面上
の第１級アミン基に反応させて、固体支持体上に高密度の第１級アミン基を有す
る分子層を形成する方法に関する。

【００１１】 また、本発明は、本発明方法により製造された、高密度の第１級アミン基を有
するアミノシラン化基質に関する。

【００１２】 本発明は、基質上の薄膜の物理的、化学的特性を調節するためにアミノシラン
化基質の第１級アミン基をアジリジンまたはその誘導体と処理することを特徴と
する。ここで、アジリジン誘導体としては、化学式１で表されるアジリジンや、
化学式２で表される保護化アジリジン誘導体を使用することが望ましい。

【００１３】

【化２】

【００１４】

【化３】

【００１５】 発明を実施するための最良の態様 本発明はアミノシラン化基質の第１級アミン基とアジリジンまたはその誘導体
とを処理することにより基質上に形成された薄膜の物理的、化学的特性を調節す
ることを特徴とする。一実施態様において、化学式１で表されるアジリジンを使
用することが望ましい。

【００１６】

【化４】

【００１７】 他の実施態様では、保護化アジリジン誘導体を使用することが望ましい。保護
化アジリジンとしては、アジリジンの窒素原子と結合している水素が保護化化合
物であれば特に制限はない。望ましい保護化アジリジン化合物は、化学式２で表
されるアジリジン誘導体である。

【００１８】

【化５】

【００１９】 化学式２において重合反応後に保護基の容易な除去（例：脱保護）のために、
Ｘは水素、ニトロ、アルコキシ及びこれらの混合物から選択されることが望まし
い。

【００２０】 前記アミノシラン化分子層の第１級アミン基とアジリジンまたはアジリジン誘
導体との反応は、溶解したアジリジンまたはアジリジン誘導体、触媒量の酸（例
：酢酸）を含む溶媒（例：ジクロロメタン）溶液にアミノシラン化基質を浸漬す
ること（例：接触）によりなる。前記溶液は反応速度を高めるために不活性ガス
雰囲気下で加熱することが好ましい（例：窒素下で２４時間還流させる）。

【００２１】 アジリジンと第１級アミンとの反応性のために、開環重合はアミノシラン化基
質表面に線状鎖または分枝状鎖の形にポリ（エチレンイミン）を形成させる（図
１参照）。前記アジリジン誘導体がアジリジンである場合には、アミノシラン化
基質とアジリジンとの開環重合で高分枝（ｈｉｇｈｌｙ−ｂｒａｎｃｈｅｄ）状
態のポリ（エチレンイミン）が形成される。保護化アジリジンを使用する場合に
は、開環反応はアミノシラン化基質の表面上に分枝状鎖を形成せずに線状鎖を作
りだすので、成長のために脱保護する過程が開環段階に後続すべきである。

【００２２】 本発明において、アミノシラン化基質の表面上に高密度の第１級アミン基を有
する分子層を形成する方法について添付図面に基づいて説明する。

【００２３】 まず、固体支持体の表面をきれいに洗浄し、乾燥させた後、これをアミノシラ
ン化合物と適当な溶媒よりなる溶液に、支持体表面上に反応性第１級アミン官能
基を形成するのに必要な時間だけ浸漬する（接触させる）。前記支持体は、シリ
コンウェーハ、溶融シリカなどを使用することが望ましい。前記アミノシラン化
合物としては、酸性の副産物を形成しない物質として、３−アミノプロピルトリ
エトキシシラン、３−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、３−アミノプロ
ピルエトキシジメチルシラン及びこれらの混合物が望ましい。アミノシラン化合
物の溶解に適する溶媒としては、トルエン及びベンゼンのような有機溶媒が含ま
れる。得られた基質を溶媒で十分に洗浄した後、これを室温において真空状態で
乾燥する。

【００２４】 前記アミノシラン化基質をアジリジンまたはアジリジン誘導体、酸触媒及び溶
媒よりなる溶液に浸漬する（接触させる）。前述したように不活性ガス雰囲気下
で前記溶液を加熱することが望ましい。この際、アミノシラン化表面とアジリジ
ン化合物との反応に適する加熱温度は４０ないし１００℃であることが望ましい
。もし、加熱温度が１００℃を超えれば、アジリジン誘導体が蒸発して反応効率
が低下する。４０℃未満であれば、反応性が低下して望ましくない。前記酸触媒
としては、酢酸、パラトルエンスルホン酸などを使用し、溶媒としては、ジクロ
ロメタン、トルエン、アセトニトリルなどを用いる。次いで、基質を適当な有機
溶媒できれいに洗浄する。

【００２５】 一方、アジリジン誘導体として保護化アジリジンを使用する場合は、アミノシ
ラン化基質と保護化アジリジンとを反応させた後、基質表面から保護基を脱保護
させる過程を経なければならない。例えば、ベンジル１−アジリジンカルボキシ
レート（またはＮ−Ｃｂｚアジリジン）を保護化アジリジンとして使用する場合
には、脱保護時に基質をニート（ｎｅａｔ）トリフルオロ酢酸に浸漬した後、室
温で超音波処理する反応過程による。以後、脱保護過程が完了すれば、基質表面
を多量の溶媒、例えばメタノールで洗浄して基質表面に残っているトリフルオロ
酢酸を取り除く。トリフルオロ酢酸、水性トリフルオロ酢酸、及びボロントリブ
ロマイド（ＢＢｒ₃）のような特別な酸を脱保護に使用でき、ニートトリフルオ
ロ酢酸を使用する時に最適の結果が得られる（他の一般的な酸は望ましくない）
。

【００２６】 本発明において、図１及び図２に示されるような分子層を有する基質が得られ
る。図１を参照すれば、開環重合はアミノシラン化基質上でアジリジンを用いて
高度に分枝されたポリマーを形成する。このような重合反応で、アジリジンとの
反応時に線状鎖または分枝状鎖が形成されることがあるが、これは第１級アミン
が第２級または第３級アミンに転化されるか否かによって変わる。分枝状鎖の場
合、分枝はアミノシラン化合物または反応化アジリジンの窒素原子が１以上のア
ジリジンと反応して高度に分枝した状態のポリマー、すなわち、ポリ（エチレン
イミン）を表面上に形成するときに生ずる。

【００２７】 分枝の発生有無を判定する信頼可能な方法は、末端基（例えば、第１級アミン
）の表面密度を測定することにある。４−ニトロベンザルジミンによる２８４ｎ
ｍでの吸光度は、引用により本文に組み込まれたムーン（ＭＯＯＮ ｅｔ ａｌ）
らのＬａｎｇｍｕｉｒ １３，４３０５（１９９７）に開示されるように、４−
ニトロベンズアルデヒドを用いて第１級アミンをイミンへ転化するときに生じる
。したがって、重合後に第１級アミン数の増加に伴って急激な吸光度増加が予想
される。第１級アミン基の絶対密度も、ムーンらの記述のように、既知量の水を
有するイミン基を加水分解することにより決定される。

【００２８】 アジリジンまたはアジリジン誘導体による処理前に、アミノシラン化基質の表
面は一定の高さと密度を有し、全体的に平坦な構造を有する。しかし、分枝を伴
う成長は、通常、一定していない長さの高分子鎖の形成による粗い表面を形成す
るが、これはアジリジンが他のアジリジン分子と不規則に反応するからであると
思われる。したがって、分枝は、類似鎖長の集団により得られたものより高表面
密度の第１級アミンを提供する。

【００２９】 基質の表面上にさらに一定した（例：より軟らかい）高分子層を形成するため
に、段階的な重合が用いられる。図２を参照すれば、アミノシラン化基質表面上
の第１級アミンは、Ｎ−Ｃｂｚアジリジンと反応し、単に基質の最上面に修飾ア
ミンだけを形成し、その結果、類似鎖長を有するポリマーを形成する。これは、
粗い高分子表面（例えば、より凸凹な表面形態）を導く不規則的な鎖長のポリマ
ーの形成を防止する。

【００３０】 本発明の他の実施態様において、高密度の第１級アミンを有する固体支持体が
提供される。第１級アミンの絶対表面密度は少なくとも３．５アミン／ｎｍ²で
あることが望ましい。表面密度が、少なくとも１０アミン／ｎｍ²、少なくとも
４８アミン／ｎｍ²、またはこれより大きいものも得られる。

【００３１】 本発明による高表面密度の第１級アミン基を有する固体支持体は、ＤＮＡチッ
プ（アレイ型）や各種のバイオチップを開発するに当たって非常に有効である。
すなわち、ＤＮＡチップの場合、第１級アミンと化学結合可能な−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ基
だけでなく、オリゴヌクレオチドを含有するヒドロゲルまたはポリマーは、本発
明の重合したアミノラン化固体支持体の上部により安定的に付着されうるが、こ
れは高密度の第１級アミンがより多くの付着ポイントを提供するからである。ま
た、酵素や他のバイオ分子を使用するバイオチップの場合、ホスト巨大分子は固
体支持体表面の重合層にさらに安定して付着できる。これにより、本発明では、
バイオチップの安定性を高め、かつチップの製造工程をさらに容易にできる。

【００３２】 本発明は次の実施例によってより詳細に説明される。また、本発明は自明な範
囲内で多様に本発明の範囲を逸脱することなく変形されうる。したがって、図面
及び発明の詳細な説明は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定
するものではない。これらは本発明を説明するためのものであって、本発明はこ
れに限定されない。

【００３３】 実施例 （実施例１：固体支持体のアミノシラン化及び重合） きれいに洗浄され、約２０ｍＴｏｒｒの真空雰囲気で乾燥されたシリカまたは
ガラス基質を、窒素下で（３−アミノプロピル）ジエトキシメチルシランを含む
トルエン溶液（１０^-3Ｍ）に入れ、常温でインキュベーとした。通常、基質は長
方形（溶融シリカ：１０×３０×１．５ｍｍ、シリコンウェーハ：１０×３０×
０．５ｍｍ、ガラススライド：２５×７５×１．０ｍｍ）である。シリコン基質
（ウエハ）は、純シリコン（Ｓｉ）よりなり、一方、溶融シリカは溶融ＳｉＯ₂
からなるＵＶ−透明性物質である。シリコン基質の表面は、本質的に空気中で酸
化物層を形成するために、その表面は実質的に溶融シリカ表面と同一である。し
かし、これはＵＶ−可視光線に透明でなく、含まれている大容量物質であるＳｉ
が光を吸収する。ソーダライムガラスからなるガラススライドは、変形に応用で
き、ボロシリケートガラスのような他の物質でガラススライドが作られる。組成
物の単純性と表面の均一性の観点から、溶融シリカ及びシリコン基質を使用した
場合に、さらに満足できる結果が得られる。

【００３４】 前記アミノシラン化反応が完了すれば、基質をトルエンで洗浄して約１２０℃
のオーブンで約３０分間乾燥した。次いで、基質を常温に冷却した後、トルエン
、トルエンとメタノールの混合溶媒（１：１体積比）及びメタノールに順次に浸
漬して約３分間超音波洗浄を行った。

【００３５】 その後、アジリジン０．２ｍｌと一滴（約２０μｌ）の酢酸を含むジクロロメ
タン２０ｍｌにアミノシラン化シリカ基質を浸漬した。前記溶液を窒素雰囲気下
において８０℃で約２４時間加熱して還流した。

【００３６】 得られた基質を多量のジクロロメタンできれいに洗浄した後、メタノール中で
３回の超音波処理を行った。次いで、洗浄した基質を室温で真空乾燥した。

【００３７】 （実施例２：保護化アジリジンとの反応と保護基の除去） 基質表面上に第１級アミン処理を行うためにアジリジンの代わりに保護化アジ
リジン誘導体、ベンジル１−アジリジンカルボキシレート（Ｎ−Ｃｂｚ アジリ
ジン）を使用し、反応溶媒としてジクロロメタンの代わりにトルエンを使用する
ことを除いては、実施例１と同じ方法によって、シリカ基質のアミン基とＮ−Ｃ
ｂｚアジリジンとを反応させた。

【００３８】 以後、Ｎ−Ｃｂｚ基を修飾表面から取り除くための過程を次のように実施した
。シリカ基質をニートトリフルオロ酢酸に浸漬した後、これを室温で２０分間超
音波処理した。以後、基質を多量のメタノールで洗浄した後、メタノール中で１
０分間、３回の超音波処理を行った。

【００３９】 （実施例３：基質の初期低密度第１級アミン基のために（３−アミノプロピル
）ジメチルエトキシシランを用いるシリカ基質表面のアミノシラン化） 基質表面上に初期低密度の第１級アミン基を形成するためのアミノシラン化段
階のために、（３−アミノプロピル）ジエトキシメチルシランの代わりに（３−
アミノプロピル）ジメチルエトキシシランを使用することを除いては、実施例１
と同じ方法で、シリカ基質表面上の第１級アミンとＮ−Ｃｂｚアジリジンとを反
応させた。

【００４０】 （実施例４：アジリジンとの重合前後の第１級アミン密度及びアミノシラン化
層の厚さの確認） 固体支持体とアジリジンとの反応前に、実施例１において表面の第１級アミン
密度及びシリカ基質上に形成されたアミノシラン化層の厚さを測定した。アミノ
シラン化表面の厚さは光学楕円偏向計で、アミンの表面密度はムーンらにより開
発された方法で測定した。アミノシラン化表面厚さは約８Åであり、官能基の表
面密度は３．５アミン／ｎｍ²である。

【００４１】 アジリジンとの反応後、さらにシリカ基質上のフィルムの厚さを測定した。フ
ィルムの厚さは経時的に増加して２４時間後には３６Åに至った。また、増加速
度が減少する所があるが、これは成長が飽和点に至ったことを示す。飽和点にお
いて、第１級アミン基の密度は６６アミン／ｎｍ²と測定された。この飽和点を
超える場合、第１級アミン基の絶対密度は一定していた。

【００４２】 （実施例５：固体支持体表面上における第１級アミン密度及び高分枝ポリマー
フィルムの厚さの確認） 本発明によれば、アジリジンとアミノシラン化基質との反応は、開環重合して
、例えばポリ（エチレンイミン）のような高分枝したポリマーを支持体表面に形
成する（図１参照）。前記重合で線状鎖または分枝状鎖が形成されるが、これは
、アジリジンとの反応で、第１級アミン基が第２級または第３級アミンに転化さ
れるか否かによる。

【００４３】 例えば、分枝の発生有無を判断する信頼できる方法は、第１級アミンのような
末端基の表面密度を近似測定することである。第１級アミンがイミンに転化する
と、４−ニトロベンズアルジミンによる２８４ｎｍでの吸光度が生ずる。開環重
合前後の吸光度変化を調べ、ムーンらのＬａｎｇｍｕｉｒ １３，４３０５（１
９９７）での過程によって実施例１のシリカ基質に対する表面密度の近似値が決
定された。図３に示されるように、実施例１の場合、重合後に第１級アミン数が
増加して２８４ｎｍでの吸光度が急速に増加した。

【００４４】 アミン基の絶対密度は、ムーンらの手順によって既知量の水でイミンを加水分
解して決定する方法で調べた。第１アミン基の絶対密度は、下記表１から分かる
ように、アミノシラン後には３．５アミン／ｎｍ²であったが、重合後２４時間
後にはアミン基の絶対密度が６６アミン／ｎｍ²へと急増した。このようにアミ
ン基の絶対密度が急増するということは、分枝が生じるということを意味する。
もし、分枝が生じなければ、鎖成長に関係なく表面密度を一定に保たなければな
らない。注目すべき点は、密度が２４時間後には増加しなかったということであ
る。厚さは２４時間後、遅いものの絶え間なく増加することを考慮すると、特定
段階を越えても一定分枝が保たれる。

【００４５】

【表１】

【００４６】 溶液内で分枝を伴う成長は、通常、立体障害によって３または４サイクル後に
止まることが一般的である。したがって、表面密度の増加は立体障害を考慮すれ
ば、分枝と比較して１６倍よりは小さくなければならない。観測された高い密度
増加（密度が約１９倍）は高分子鎖の長さが非常に多様であるということを示す
。長さについて不揃な高分子鎖が形成されれば、基質の表面が粗くなり（例えば
、凸凹な表面形態）、類似長さのポリマー鎖の集団より高表面密度の第１級アミ
ン基が提供される。

【００４７】 （実施例６：第１級アミンの表面密度及び低密度の第１級アミンを有する表面
上に形成されたポリマーフィルム厚さの確認） （３−アミノプロピル）ジメチルエトキシシランでアミノシラン化されたシリ
カ基質上で実施例１及び２のような開環重合反応を実施する場合、第１級アミン
の絶対表面密度は１．５アミン／ｎｍ²であった。１．５アミン／ｎｍ²の密度は
（３−アミノプロピル）ジエトキシメチルシランを用いた基質と比較して低い表
面密度と見なされる。フィルムの厚さは、ムーンらの手順で測定して反応時間が
２４時間経過した後、４から１８Åに増加した。第１級アミン基の絶対表面密度
は４８アミン／ｎｍ²に増加した。このように表面密度が初期には低いにも拘ら
ず、経時的に実施例１及び２の場合に接近された値を有することをみれば、最終
的な表面密度はファンデルワールス半径によって左右される分子体積に主に決定
されるということを意味する。

【００４８】 （実施例７：保護化アジリジンを用いたポリマーの段階的な成長の確認） Ｎ−Ｃｂｚアジリジンによる重合前後に、ムーンらの方法により実施例２にお
けるアミノシラン化基質を分析した。（３−アミノプロピル）ジエトキシメチル
シランよりなるアミノシラン化層（８Å，３．５アミン／ｎｍ²）をＮ−Ｃｂｚ
アジリジンとトルエンで還流して反応させた。前記反応を完了させるために高沸
点を有する溶媒であるトルエンを選択した。

【００４９】 反応後、実施例２で重合した基質に対する第１級アミンの表面密度は、４−ニ
トロベンズアルデヒドと反応していない第１級アミン基を取って測定したが、取
った基質を既知量の水に浸漬して形成されたイミンを加水分解し、引き続き２８
４ｎｍでの吸光度を測定して行なった。

【００５０】 予想通り、２８４ｎｍでの吸光度が欠けていて第１級アミン基が検出できなか
った。すなわち、あらゆる第１級アミンはＮ−Ｃｂｚと反応してフィルム上の最
上面に修飾アミンを与えた（図２）。そして、実施例２の重合されたアミノシラ
ン化基質は接触角が７０゜増加されたものと示され、これは修飾表面が疏水性を
帯びることを反映するものである。そして、フィルムの厚さは８Åから１６Åに
増加し、トリフルオロ酢酸で脱保護させた後の水接触角はプリスチンアミノシラ
ン化層の値である６０゜であり、厚さは１２Åに減少した。表面の物理的特性は
液相でのように脱保護が成功することを示す。第１級アミン基の絶対密度（３．
５アミン／ｎｍ²）が全く増加しなかったということは注目すべき特徴である。
延びた反応時間は、結果的に表面密度を増加させ得なかった。後続するＮ−Ｃｂ
ｚアジリジンとの反応時に、層が再び厚くなったことが観察された。最初のサイ
クルの完了後、厚さは１２Åに増加し、２周目のサイクルを完了した後には厚さ
が１８Åに増加した。したがって、毎サイクルの完了後の厚さは６Åずつ増加し
た。保護基の立体障害により分子鎖の分枝化が阻害されると見なされる（例えば
、第１級アミンの第３級アミンへの転化を妨害する）。

【００５１】 （実施例８：重合した固体支持体におけるＡＦＭを用いた表面形態の確認） 前記実施例１にしたがってアミノシラン化基質とアジリジンとを開環重合反応
させて形成した、ポリ（エチレンイミン）を有するシリカ基質表面をＡＦＭで２
μｍ×２μｍ領域を調べた。特定の位置を横切る部分の高さの差がアミノシラン
化（重合されていない）基質表面の場合には４．６１ｎｍ（図４Ａ）であり、高
分子状態基質の表面は６．２３ｎｍ（図４Ｂ）であった。また、重合化基質表面
の平均高低差は１１．５ｎｍであり、アミノシラン化基質の表面の場合には９．
８９ｎｍであった。前記データは、重合化基質の表面がアミノシラン化基質表面
よりさらに粗いということを示す。しかし、これらの平均高低差は大差なく、全
体的に平坦な表面構造を示し、よってＡＦＭのイメージにおいて両基質の表面形
態は類似構造を有することを示す（図４）。最近、ＡＦＭは優れた解像度のため
に全世界的に広く使われる分析器具である。イメージを得るためのサンプルの製
造段階はない。適当な大きさ（長さ 約２−３ｃｍ）のサンプルは直接分析が可
能である。

【００５２】 産業上の利用分野 本発明は望ましい実施態様に基づいて詳細に説明したが、当業者であれば請求
項に示された本発明の範囲及び発明の思想を外れない範囲内で多様な変形及び置
き換えが可能であるということを理解しうる。

【図面の簡単な説明】

本発明のより十分な理解と、これに伴われる多くの長所が明白になり、かつ本
発明の詳細な説明に基づいて下記図面を結合してみれば、より容易に理解されう
る。

【図１】 図１は表面上でポリ（エチレンイミン）線状鎖または分枝状鎖を形成するため
の開環重合が起こるアミノシラン化基質表面の第１級アミン基とアジリジンとの
反応過程を示す図面である。

【図２】 図２はアミノシラン化基質表面の第１級アミン基と保護化アジリジン、ベンジ
ル１−アジリジンカルボキシレート（Ｎ−Ｃｂｚａｚｉｒｉｄｉｎｅ）との反応
によるポリ（エチレンイミン）の段階的な成長を示す図面である。

【図３】 図３は本発明の実施例１に係る重合前後のアミノシラン化基質表面に誘導され
た４−ニトロベンズアルジミンの紫外線−可視光線スペクトルを示す図面である
。

【図４】 図４Ａは実施例１で製造されたアミノシラン化（重合されていない）基質の表
面形態を示す原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：
ＡＦＭ）イメージであり、図４Ｂは実施例１で製造された重合及びアミノシラン
化基質の表面形態を示すＡＦＭイメージである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 キム，ホン−ジン 大韓民国，645−510，ジンハエ−シティ， キュンサンナム−ド，ヨンウオン−ドン 1206，ヒュンダイ アパート 105−303 Ｆターム(参考） 4J043 PA02 QA04 QA05 RA08 SA03 SA33 SA47 SA63 SA72 SB01 XA14 XA19 XB17 YB08 YB24 ZB60

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基質表面上にアミノシラン基を導入して表面上に第１級アミ
   ン基を有するアミノシラン化基質を形成する段階と、 酸触媒及び溶媒の存在下でアジリジンまたはアジリジン誘導体を含む溶液にア
   ミノシラン化基質の表面を接触させて基質表面上に第１級アミン基の密度を増加
   させる段階とを含む高密度の第１級アミン基を有する固体基質を形成する方法。
2. 【請求項２】 前記アジリジン誘導体は、保護化アジリジンであることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記保護化アジリジンは、次の化学式２で表されることを特
   徴とする請求項２に記載の方法。 【化１】 （ただし、式中、Ｘは水素、ニトロ、アルコキシ及びこれらの混合物よりなる
   群から選択される。）
4. 【請求項４】 前記アミノシラン化基質の第１級アミンと保護化アジリジン
   との開環重合により分枝なく線状鎖がアミノシラン化基質の表面上に形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記アミノシラン化基質の第１級アミンとアジリジンとの開
   環重合により高分枝状態のポリ（エチレンイミン）がアミノシラン化基質の表面
   上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 アミノシラン化基質の表面とアジリジンまたはアジリジン誘
   導体を接触させる段階は、 溶液にアミノシラン化基質を浸漬する段階と、 前記基質が浸漬された溶液を加熱する段階とを含むことを特徴とする請求項１
   に記載の方法。
7. 【請求項７】 加熱段階後にトリフルオロ酢酸に基質を接触させて保護化ア
   ジリジンから保護基を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記
   載の方法。
8. 【請求項８】 前記基質は、ヒドロキシル化基質であることを特徴とする請
   求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記ヒドロキシル化基質は、シリコンウェーハであることを
   特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記ヒドロキシル化基質は、シリカであることを特徴とす
    る請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記溶媒は、有機溶媒であることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記有機溶媒は、ジクロロメタン、トルエン、アセトニト
    リル及びこれらの混合物よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１１
    に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記酸触媒は、酢酸、パラトルエンスルホン酸及びこれら
    の混合物よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記基質表面上の第１級アミン基の密度は、３．５アミン
    ／ｎｍ²より大きく増加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記第１級アミン基の密度は、少なくとも１０アミン／ｎ
    ｍ²であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記第１級アミン基の密度は、少なくとも４８アミン／ｎ
    ｍ²であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 アジリジンまたはアジリジン誘導体が重合した表面を有す
    るアミノシラン化された基質を含み、基質表面は３．５アミン／ｎｍ²より大き
    な第１級アミン基の密度を有する高密度の第１級アミン基を有する固体基質。
18. 【請求項１８】 前記第１級アミン基の密度は、少なくとも１０アミン／ｎ
    ｍ²であることを特徴とする請求項１７に記載の固体基質。
19. 【請求項１９】 前記第１級アミン基の密度は、少なくとも４８アミン／ｎ
    ｍ²であることを特徴とする請求項１８に記載の固体基質。