JP2005501758A - 多層被覆多孔質材料およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
多層被覆材料およびその製造方法を開示する。特定の実施形態では、多孔質高分子基材を予備活性化して高分子電解質溶液に浸漬することにより、電荷と少なくとも1つの官能基とを有する第1の層を形成する。次に、第1の層の電荷と反対の電荷を有する材料の第2の溶液に被覆材料を浸漬することにより、二層コーティングを提供する。このプロセスを繰り返すことにより、多孔質基材上に多層コーティングを形成することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
1. 関連出願
本願は、米国仮特許出願第60/315,043号および同第60/315,044号(いずれも2001年8月28日出願)の優先権を主張するものである。それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【０００２】
2. 発明の分野
本願は、部分的には、コーティングが少なくとも2層で構成されていることを特徴とする多層被覆基材、好ましくは多孔質高分子基材と、その製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００３】
3. 発明の背景
金属、セラミックス、ガラス、および高分子の材料を含む多孔質材料は、濾過用、通気用、ウィッキング(wicking)用、および移植用、ならびに他の生物医学用のデバイスのようなさまざまな用途で使用されてきた。たとえば、多孔質高分子材料は、代用血管として機能する医療用デバイス、人工レンズおよび眼内レンズ、電極、カテーテル、ならびに手術または透析を支援するために生体に接続されるデバイスのような体外デバイスで使用することができる。多孔質高分子材料はまた、血液を成分血液細胞と血漿とに分離するためのフィルターとして、血液から微生物を除去するためのマイクロフィルターとして、および埋植時の内皮損傷を防止するための眼用レンズのコーティングとして、使用することができる。多孔質材料はまた、ラテラルフローデバイス、フロースルーデバイス、および他のイムノアッセイデバイスのような診断用デバイスでも使用されてきた。
【０００４】
多孔質材料は化学官能基が不足しかつ/または疎水性を有すると、小分子、ポリマー、または大きい生体分子の液体濾過、抽出、分離、および固定のような用途に不利なこともあり、それを適用するうえで制約を受けることが多いので、多くの場合、多孔質材料の表面特性を改質することが必要である。たとえば、タンパク質は、疎水性材料と接触した状態に置かれたとき、多くの場合、変性するであろう。また、疎水性多孔質材料では、水溶液を吸い取ることができない。コンタクトレンズ、インプラント、および生体と密接に接触する関連デバイスは、生体適合性のある親水性表面を有していなければならない。
【０００５】
多孔質材料を改質する試みがなされてきたが、それほど成果は得られていない。たとえば、米国特許第4,250,029号には、2種の電解質間に中性ポリマー層を配置して異なる荷電を有する高分子電解質を膜上に被覆することにより、イオン反発膜を製造する方法が開示されている。しかしながら、その特許は、薄肉のイオン反発膜に関するものにすぎない。
【０００６】
米国特許第4,619,897号には、異なる材料を固着または結合させることによりプラスチック表面の物理的および/または化学的性質を変化させることができるとの開示がなされている。
【０００７】
米国特許第4,845,132号には、血漿と親水性モノマーとを用いて親水性多孔質膜を作製する方法が開示されている。しかしながら、この方法により堆積させて得られたポリマーフィルムは安定ではなく、親水性モノマーまたはポリマーは、滲み出す傾向がある。
【０００８】
米国特許第5,540,837号には、荷電高分子電解質複合体をフルオロポリマー上に被覆することにより、永続的親水性フルオロポリマーを作製する方法が開示されている。しかしながら、この特許出願は、フッ素化ポリマー膜に限定されており、高分子電解質複合体とフッ素化ポリマー基材との間の固着は、高分子電解質複合体とフッ素化膜との間の強い相互作用が欠如しているため不十分である。
【０００９】
米国特許第5,695,640号は、ポリアミドと塩化カルシウムメタノール溶液との混合物で多孔質物品を処理することにより親水性多孔質物品を作製する方法が開示されている。しかしながら、この方法により得られる親水性の安定性は不十分である。
【００１０】
米国特許第5,700,559号、同第5,807,636号、および同第5,837,377号には、プラズマ処理および逐次的にPEI溶液処理を行うことによりプラスチックの表面を改質させてプラスチックに親水性をもたせる方法が開示されている。その記載によれば、この方法を用いて比較的安定な親水性プラスチックを提供することができる。しかしながら、プラスチックのウィッキング速度は保存時に劣化する。
【００１１】
米国特許第5,856,246号には、水溶性ポリカチオンと長鎖界面活性剤またはアルキル置換ポリアニオンとを用いて材料の表面改質を行い、繊維、織布、ポリマー、および膜を永続的に疎水性または疎油性にする方法が開示されている。しかしながら、そこに開示されている方法は、荷電した材料にのみ好適であるにすぎず、ポリオレフィンのような中性ポリマーには適さない。
【００１２】
米国特許第5,914,182号および同第5,916,585号には、ポリマー界面活性剤溶液で多孔質膜を処理することにより多孔質膜の生体物質結合特性を改良する方法が開示されている。高分子界面活性剤は、疎水性相互作用を介して担体材料に結合する。次に、第1の層を化学試薬により架橋させる。親水性ポリマー溶液に膜を浸漬することにより第2の親水性層を膜に付与する。その記載によれば、この親水性ポリマーコーティングは、生体分子結合を改良し、第1の層と共有結合を形成することができる。しかしながら、この方法は、きわめて薄肉の膜に役立つにすぎない。さらに、結合力が疎水性相互作用に基づいているため、ポリマー界面活性剤と膜担体との間の結合は弱い。このほか、そこで使用されている架橋試薬グルタルデヒドは、かなり毒性が高い。
【００１３】
米国特許第6,020,175号には、正味の反対電荷を有する混合されたポリマーイオン-機能性分子の溶液中に荷電中実基材を浸漬することにより、中実担体上に多層機能性薄膜(たとえば、タンパク質と染料)を作製する方法が開示されている。このステップを繰り返すことにより多層フィルムを形成することができる。その特許は、中実非多孔質材料に関するものである。
【００１４】
米国特許第6,060,410号には、溶液中にて非化学量論的高分子電解質複合体で疎水性ポリマー基材を被覆する方法が開示されている。
【００１５】
したがって、制御可能かつ安定なウィッキング速度、低い浸出速度、ならびに/または濾過、分離、診断、および医療用デバイスの分野における材料の適用可能性を増大させる官能基を備えた材料、とくに多孔質材料が依然として必要とされている。より特定的には、制御可能なウィッキング速度、生体分子結合能、化学反応性、およびイオン選択能を有する多孔質高分子材料が必要とされている。
【発明の開示】
【００１６】
4. 発明の概要
本発明は、多層被覆材料およびそのような材料の製造方法を提供する。特定の方法では、逐次的高分子電解質溶液による溶液処理を利用する。
【００１７】
本発明の材料は、フィルター、フィルム、ラテラルフロー膜、コンジュゲートパッド、抽出材料、および血液分離材料のようにさまざまな用途で使用することができる。本発明の材料は、経済的にかつ/または終始一貫して製造することが可能であり、次の性質、すなわち、永続的な親水性または疎水性、高密度の官能基、制限された浸出、タンパク質および他の生体分子のようなさまざまな試薬への強力かつ/または特異的な結合能、制御可能かつ/またはより狭い分布の多孔度、制御可能かつ幅広いウィッキング速度、さまざまな用途に適した柔軟性のある強度のうちの1つ以上を呈しうる。
【００１８】
一態様において、本発明は、基材と、第1の層と、第2の層と、を含む多層被覆材料を提供する。基材は、焼結多孔質高分子材料を含み、第1の層は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して基材の表面に結合された分子を含み、第2の層は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第1の層に結合された分子を含む。
【００１９】
特定の実施形態では、高分子材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、またはナイロンである。他の特定の実施形態では、ポリオレフィンは、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、またはそれらの混合物である。
【００２０】
一実施形態では、多層被覆材料の第1の層および第2の層の分子は、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せから選択される。
【００２１】
特定の高分子電解質としては、ホスフェート、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、ポリ(アクリル酸)、ポリメチルアクリル酸、ポリ(スチレン硫酸)、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)、ポリ(グルタミン酸)、界面活性剤、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、化学染料、タンパク質、酵素、核酸、ペプチド、ならびにそれらの塩、エステル、およびコポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
特定の中性ポリマーとしては、イソシアネート化末端ポリマー、エポキシ末端ポリマー、またはヒドロキシルスクシミド末端ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。中性ポリマーのより具体的な例としては、ポリウレタン、ポリ(エチレングリコール)、およびポリシロキサンが挙げられる。
【００２３】
特定の小分子としては、ナトリウムドデシルスルホネート、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ホスフェート、スルホネート、ブロナート、スルホネート、染料、脂質、金属イオン、またはフッ素含有界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
特定の生体分子としては、タンパク質、酵素、脂質、ホルモン、ペプチド、核酸、オリゴ核酸、DNA、RNA、糖、または多糖が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の多層被覆材料の他の特定の実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミドの分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)含有コポリマー、またはフッ素化界面活性剤のような界面活性剤の分子を含む。他の選択肢として、第1の層は、ポリアリルアンモニウムクロリドの分子を含み、第2の層は、ポリビニルスルフェートの分子を含む。
【００２６】
他の実施形態では、基材は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第2の層にまたは追加の層のうちの1層に結合された1層以上の追加の層でさらに被覆される。たとえば、基材は、ポリエチレンイミドの分子を含む第1の層と、ポリアリルアミンの分子を含む第2の層と、ポリエチレンイミド、ポリビニルアミン、または界面活性剤の分子を含む第3の層と、を有する3層で被覆することが可能である。
【００２７】
本発明の他の態様は、多層被覆材料の製造方法を提供する。本方法は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第1の層を基材の表面上に被覆することと、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第2の層を該第1の層上に被覆することと、を含む。
【００２８】
特定の実施形態では、本方法は、化学的処理、プラズマ放電、コロナ放電、電子ビーム、およびそれらの組合せ(ただし、これらに限定されるものではない)のような手段を用いて基材の表面を活性化することをさらに含む。
【００２９】
本方法で基材として使用しうる特定の材料としては、金属、合金、セラミック材料、ガラス、カーボン、シリコン、およびポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材は、中実(solid)であっても多孔質であってもよい。特定の基材材料は、焼結多孔質ポリマーである。
【００３０】
本方法で基材として使用しうる特定のポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、およびナイロンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリオレフィンの具体例としては、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
本方法の他の特定の実施形態では、第1の層および第2の層の分子は、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、およびそれらの組合せである。他の実施形態では、本方法は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の1層以上の追加の層を第2の層上にまたは追加の層上に被覆することをさらに含む。
【００３２】
5. 図面の簡単な説明
本発明の特定の新規な態様をよりよく理解するために、以下に記載の図を参照することができる。図面の簡単な説明については下記参照。
【００３３】
6. 詳細な説明
本発明は、部分的には、多層コーティングを有する材料に関し、とくに、多層コーティングを有する多孔質材料に関する。本発明はさらに、そのような材料の製造方法ならびに多孔質材料および中実材料の表面特性の改質方法に関する。本発明の特定の材料は、耐久性があり、制御されたウィッキング性ならびに特有な物理的および化学的表面特性を有する。
【００３４】
本発明の材料は、フィルター、フィルム、ラテラルフロー膜、コンジュゲートパッド、抽出材料、および血液分離材料として使用することができる。したがって、本発明の材料の用途としては、濾過および抽出デバイス、薄層クロマトグラフィーデバイスのようなクロマトグラフィーデバイス、ラテラルフローデバイス、フロースルーデバイス、高速スクリーニングデバイス、コンビナトリーケミストリーマトリックス、マイクロ流体デバイス、および細胞培養材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
本発明の特定の材料は、経済的にかつ/または終始一貫して作製することが可能であり、次の性質、すなわち、永続的な親水性または疎水性、高密度の官能基、制限された浸出、タンパク質および他の生体分子のようなさまざまな試薬への強力かつ/または特異的な結合能、制御可能かつ/またはより狭い分布の多孔度、制御可能かつ幅広いウィッキング速度、さまざまな用途に適した柔軟性のある強度のうちの1つ以上を呈しうる。
【００３６】
本発明の材料から種々の厚さおよび形状のシートまたは膜を作製することができる。特定の実施形態では、材料の厚さは、約1μm〜約10mmの範囲である。他の実施形態では、厚さは、約1μm〜約1mmの範囲である。より特定的には、厚さは、約10μm〜約500μmの範囲である。本発明の材料はまた、所望の特定のデバイスおよびアッセイに応じて、種々の形状に作製することができる。
【００３７】
他の特定の実施形態では、本発明の材料は、低い表面張力、たとえば、約50ダイン/cm未満、より典型的には、約40ダイン/cm未満の表面張力を有する。他の特定の実施形態では、材料は、湿潤剤を含むかまたは表面が活性化され、次に、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せの1層以上の層で被覆される。他の分子(たとえば、標的分子)を表面上に共有結合および/または静電結合させるために使用することのできる官能基を本発明の特定の材料の表面に結合させる。標的分子の例としては、酵素、タンパク質、細胞、核酸、ペプチド、リガンド、DNA、およびRNAが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
本発明の一実施形態により包含される材料を図1に例示する。この材料は、多層コーティングで被覆された少なくとも1つの表面を有する多孔質基材を含む。多層コーティングの各層は、中性であってもよいし(たとえば、図1Aに示されるように)、または局在化したおよび/もしくは正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷を含有していてもよい(たとえば、図1B、1C 、1D、1E、および1Fに示されるように)。層は、共有結合相互作用および/または静電相互作用により、基材表面におよび互いに固着させることが可能である。たとえば、基材に直接接触する層(第1の層)を形成する分子をその表面に共有結合させることが可能であり、第2の表面(第2の層)を形成する分子を静電相互作用により第1の表面に固着させることが可能である(たとえば、図1Bに示されるように)。他の想定しうる形態としては、第1の層が静電相互作用型/第2の層が共有結合型、第1の層が共有結合型/第2の層が共有結合型、第1の層が静電相互作用型/第2の層が静電相互作用型、第1および第2の層の両方が共有結合と静電相互作用との混合型である形態が挙げられる。各層を形成する分子が複数の共有結合相互作用および/または静電相互作用によりその下側の材料に結合することができるので、本発明の典型的な材料は、離層および/または解離に対して抵抗性をもつきわめて安定なコーティングを有する。
【００３９】
6.1. 材料
基材と多層コーティングとを含む本発明の材料は、以下で論述した材料(ただし、これらに限定されるものではない)から本明細書に記載の方法により作製することができる。
【００４０】
6.1.1. 基材
本発明の材料を提供するために使用することのできる基材は、中実であっても多孔質であってもよく、任意のさまざまな形状および形態をとりうる。たとえば、基材は、ブロック、フィルム、成形品、チューブ、繊維、およびシートであってもよい。好ましい多孔質基材は、約0.001μm〜約1000μm、より好ましくは約0.01μm〜約500μm、最も好ましくは約0.1μm〜約200μmの平均細孔サイズを有する。
【００４１】
中実基材および多孔質基材は、金属(たとえば、Cu、Ag、Au、Al、Zn、およびFe)、合金、ガラス、セラミックス、カーボンブラック、シリカ、シリコン、および高分子材料またはプラスチックのようなさまざまな材料で作製することができる。ただし、これらに限定されるものではない。本明細書中で使用する場合、「多孔質材料」または「多孔質基材」とは、織布の、不織布の、圧縮されたか、穿孔されたか、またはエッチングされた材料または基材のように、1つ以上の細孔をもつ表面または不均一であるか、波状であるか、もしくは平滑でもフラットでもない表面を有する材料または基材を意味する。
【００４２】
本発明の特定の基材は、焼結された多孔質の高分子またはプラスチックの材料である。多孔質高分子材料は、通常、焼結およびキャスティング(ただし、これらに限定されるものではない)のような当技術分野で公知の方法を用いてさまざまな熱可塑性および熱硬化性材料から作製することができる。本発明によれば、多孔質高分子材料は、本明細書に論述されるように、焼結法により作製される。したがって、基材に好適なポリマーは、シート状または膜状の多孔質材料を形成するように焼結することができるものである。好適な熱可塑性または熱硬化性材料の例としては、ポリオレフィン、ナイロン、ポリカーボネート、ニトロセルロース、繊維ガラス、およびポリ(エーテルスルホン)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
本発明に好適なポリオレフィンの例としては、エチレンビニルアセテート(EVA); エチレンメチルアクリレート(EMA); ポリエチレン、たとえば、限定されるものではないが、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、および超高分子量ポリエチレン(UHMWPE); ポリプロピレン; エチレン-プロピレンゴム; エチレン-プロピレン-ジエンゴム; ポリスチレン; ポリ(1-ブテン); ポリ(2-ブテン); ポリ(1-ペンテン); ポリ(2-ペンテン); ポリ(3-メチル-1-ペンテン); ポリ(4-メチル-1-ペンテン); 1,2-ポリ-1,3-ブタジエン; 1,4-ポリ-1,3-ブタジエン; ポリイソプレン; ポリクロロプレン; ポリ(ビニルアセテート); ポリ(ビニリデンクロリド); ポリ(ビニリデンフルオリド); ポリ(テトラフルオロエチレン); ならびにそれらの混合物および誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
特定のEVA材料としては、テキサス州ヒューストンのEquistarにより製造されているMicrothene MU(登録商標)およびMicrothene FE(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Microthene MU 763-00(9%ビニルアセテート)およびMicrothene FE 532-00(9%ビニルアセテート)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特定のEMA材料としては、ルイジアナ州バトンルージュのExxon Chemical Companyにより製造されているOptema TC(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Optema TC-110(21.5%メチルアクリレート)が挙げられるが、これに限定されるものではない。特定のポリエチレン材料としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているExact(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Exact SLX-9090、Exact 3024、Exact 3030、Exact 3033、Exact 4011、Exact 4041、Exact SLP-9053、Exact SLP-9072、およびExact SLP-9095が挙げられるが、これらに限定されるものではない。LDPEの特定例としては、デラウェア州ウィルミングトンのDuPont Chemical Companyにより製造されている20シリーズの材料、たとえば、20シリーズ20、20シリーズ20-6064、20シリーズ2005、20シリーズ2010、および20シリーズ2020Tが挙げられるが、これらに限定されるものではない。LLDPEの特定例としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているExact(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Exact 3022およびExact 4006が挙げられるが、これらに限定されるものではない。HDPEの特定例としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているEscorene HX(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Escorene HX-0358が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
超高分子量ポリエチレンとしては、約1,000,000よりも大きい分子量を有するUHMWPEが挙げられるが、これに限定されるものではない。典型的には、UHMWPEは、通常の試験手順で測定可能な流量(flow rate)を示さない。米国特許第3,954,927号を参照されたい。超高分子量ポリエチレンはまた、他のポリエチレンと比較して増強された機械的性質、たとえば、限定されるものではないが、耐摩耗性、耐衝撃性、および靭性を呈する傾向がある。1,000,000以上の重量平均分子量を有するポリエチレンは、UHMWPEと呼ばれるクラスに属し、典型的には、約8以上の範囲の固有粘度である。UHMWPEの特定例としては、テキサス州リーグシティーのTicona Inc.により販売されているHostalen GU（登録商標）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
ポリプロピレンとしては、オハイオ州アクロンのA Shulman Co.により製造されているPolyfort(登録商標)シリーズ、たとえば、FPP 2320E、2321E、2322E、2345E、PP2130、およびPP2258; ジョージア州アトランタのBP Amoco Corporationにより製造されているAcctuf(登録商標)シリーズ、たとえば、Acctuf 3045、Amoco 6014、およびAmoco 6015; ペンシルバニア州ピッツバーグの Aristech Chemical Corp.により製造されているAristech(登録商標)シリーズ、たとえば、D-007-2、LP-230-S、およびTI-4007-A; ミネソタ州セントポールのBASF Thermoplastic Materialsにより製造されているBorealiss(登録商標)シリーズ、たとえば、BA101E、BA110E、BA122B、BA204E、BA202E、およびBA124B; イリノイ州ショームバーグのChisso America Inc.により製造されているPolypro(登録商標)シリーズ、たとえば、F1177およびF3020; 日本国東京の三菱油化株式会社により製造されていNoblen(登録商標)シリーズ、たとえば、MA8; デラウェア州ウィルミントンのMontell USA Inc.により製造されているAstryn(登録商標)シリーズ、たとえば、68F4-4およびPD451; Montell USA Inc.により製造されているMoplen(登録商標)シリーズ、たとえば、D 50S、D 60P、およびD 78PJ; ならびにMontell USA Inc.により製造されているPro-Fax(登録商標)シリーズ、たとえば、6723、6823、および6824が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
本発明の特定の基材材料は、表面の活性化および/またはさまざまな材料の1層以上の層による被覆を行いうる焼結多孔質高分子材料である。したがって、その製造方法に応じて、多孔質高分子材料は、ランダムなおよび/もしくは明確に規定された直径ならびに/またはさまざまな形状およびサイズのチャネルおよび細孔の規則的配置を含有しうる。
【００４８】
実際問題として、「細孔」という用語は、種々の意味をもちうる人為的用語である。本発明によれば、材料中の細孔の平均サイズ、形状、および数は、材料の断面を調べることにより決定することができる。本発明の目的では、断面の穴および窪みは細孔とみなされる。また、それらの細孔の二次元のサイズおよび形状だけしか断面から決定することができないが、それらの第3の次元(たとえば、それらの深さ)に関する情報は、第1の断面に直交する第2の断面から決定することができる。このほか、平均細孔サイズ、細孔容積、および/または表面積は、水銀圧入ポロシメーターを用いて得られる測定値から推測することができる。本発明の目的では、たとえ細孔自体が必ずしも球形でなかったとしても、典型的には、平均直径により細孔サイズを表す。
【００４９】
多孔質高分子材料の細孔またはチャネルを形成するのに使用される特定の方法および得られる多孔質材料の多孔度(すなわち、平均細孔サイズおよび細孔密度)は、最終的な膜が使用される所望の用途に応じて変化させることが可能である。材料が異なればその物理的性質(たとえば、引張強度および耐久性)は異なった形で多孔度による影響を受ける可能性があるので、マトリックスの所望の多孔度はまた、高分子材料自体による影響を受ける可能性もある。
【００５０】
本発明の特定の多孔質高分子材料は、約0.1μm〜約200μm、より特定的には約1μm〜約50μmおよび約1μm〜約20μmの平均細孔サイズを有する。本発明の目的では、細孔サイズおよび細孔密度は、たとえば、水銀ポロシメーター、走査電子顕微鏡法、または原子間力顕微鏡法を用いて決定することができる。
【００５１】
先に述べた材料から本発明の多孔質高分子材料を作製することができるが、市販品として入手可能な多くの他の材料を本目的に使用することもできる。ジョージア州フェアバーンのPorex Technologiesから好適な基材を購入することができる。
【００５２】
6.1.2. コーティング
本発明の多層コーティングは、少なくとも2層を含み、その第1の層は、基材の表面に固着され(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)、その第2の層は、第1の層に固着される(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)。本明細書に開示されている方法および材料ならびに当業者に公知の方法および材料を用いて、追加の層を第2の層上におよび互いに固着させることができる(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)。
【００５３】
アナライト検出のような多種多様な用途で使用するのに好適な材料を作製するために、本発明の基材を1層以上のコーティングで被覆することができる。特定の実施形態では、本明細書に論述されるように、被覆する前に焼結多孔質プラスチック基材の表面を活性化させる。
【００５４】
第1の層、第2の層、またはさらなる追加の層として使用しうる材料の例としては、荷電ポリマーまたは高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、およびそれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。荷電ポリマーのいくつかは、正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷または局在化したカチオン性もしくはアニオン性の電荷(たとえば、双性イオン)を含有するか、あるいは基材上および/または基材を被覆する層(複数も可)上に固着または堆積させたときに正味の電荷または局在化した電荷を提供することができる。たとえば、有機塩または無機塩から層を形成することができる。
【００５５】
本発明のコーティングを形成するのに使用することのできる有機材料としては、有機ポリマー、モノマー、および生体分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい有機材料は、正味のおよび/または局在化したカチオン性またはアニオン性の電荷を含有する。基材の表面に直接固着させるのに好ましい有機材料は、ポリマーであり、たとえば、限定されるものではないが、ホモポリマーおよびコポリマー(たとえば、ランダム、グラフト、およびブロックコポリマー)である。本発明でコーティングに使用されるポリマーは、約1,00〜約500万、好ましくは約10,000〜約200万の分子量を有する。
【００５６】
第1、第2、および追加の層を形成することができる材料の特定例は、正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷または局在化したカチオン性もしくはアニオン性の電荷(たとえば、双性イオン)を含有する材料あるいは基材上および/または基材を被覆する層(複数も可)上に固着または堆積させたときに正味の電荷または局在化した電荷を提供することができる材料である。たとえば、有機塩または無機塩から層を形成することができる。
【００５７】
基材の表面に直接固着させるために使用しうる材料としては、ポリマー、たとえば、限定されるものではないが、ホモポリマーおよびコポリマー(たとえば、ランダム、グラフト、およびブロックコポリマー)が挙げられる。本発明でコーティングに使用されるポリマーは、約1,00〜約500万、好ましくは約10,000〜約200万の分子量を有する。
【００５８】
本発明の特定の実施形態では、第1の層および第2の層の材料としては、独立して、1種以上の界面活性剤、ホスフェート、ポリエチレンイミド(PEI)、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、ポリ(アクリル酸)(PAA)、ポリメチルアクリル酸、ポリ(スチレン硫酸)、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)、ポリ(グルタミン酸)、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、化学染料、タンパク質、酵素、核酸、ペプチド、またはそれらの塩もしくエステルが挙げられる。より特定的には、第1の層の材料としては、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルピロリドン)、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００５９】
カチオン性電荷を含有するポリマーまたはコポリマーの例としては、窒素およびリンの第四級基を含有するもの、第一級および第二級アミン基を含有するポリマーが挙げられる。これらのポリマーは、溶液中において特定の範囲のpHで荷電しうる。特定の例としては、界面活性剤、ポリエチレンイミド(PEI)、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、およびそれらの塩が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６０】
アニオン性電荷を含有するポリマーまたはコポリマーの例としては、ポリ(アクリル酸)(PAA)およびそのナトリウム塩、ポリメチルアクリル酸およびそのナトリウム塩、ポリ(スチレン硫酸)(PSSA)およびそのナトリウム塩、スルホン化基またはカルボン酸基を含有するセルロース、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)およびエステル、ポリ(グルタミン酸)、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、ナトリウムカルボキシメチルセルロース(CMC)、アニオン性荷電ポリマー界面活性剤、およびリン酸基を含有する分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６１】
カチオン性部分とアニオン性部分の両方を有するポリマーおよびコポリマーを使用して本発明の材料を提供することもできる。たとえば、ポリマーの繰返し単位の約1〜約99パーセント、好ましくは約20〜80パーセントは、カチオン性部分を含有することができる。両性ポリマー(すなわち、繰返し単位の約50パーセントがカチオン性基を含有し約50パーセントがアニオン性基を含有するポリマー)を使用することもできる。ポリマーおよびコポリマーは、さまざまな電荷密度(すなわち、繰返し単位の数に対する電荷の比)を有しうる。たとえば、約1〜100パーセント、好ましくは約20〜約100パーセントの電荷密度を有するポリマーを使用することができる。
【００６２】
中性ポリマー、とくに、本明細書に述べたような条件下で他の層の成分とまたは基材表面と共有結合を形成することのできるポリマーを用いて、本発明の多層コーティングを形成することもできる。そのような中性ポリマーの例としては、ポリウレタンとポリ(エチレングリコール)(PEG)とを含むイソシアネート化末端ポリマー; PEGとポリシロキサンとを含むエポキシ末端ポリマー; およびヒドロキシルスクシミド末端ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６３】
小分子を用いて本発明の層およびコーティングを提供することもできる。本発明により包含される特定の小分子は、約10〜約10,000の分子量を有する。より特定的には、小分子の分子量は、約50〜約2,000および約50〜約1,000の範囲である。好ましい小分子は荷電している。小分子の例としては、s界面活性剤、たとえば、zonyl界面活性剤(DuPont)、SURFYNOL(Air product)、FLUORAD(3M)、ナトリウムドデシルスルホネート(SDS)、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB)、ホスフェート類、スルホネート類、ブロナート類、スルホネート類、染料、脂質、および金属イオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。小分子には、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、およびフッ素含有界面活性剤のような他の特定の界面活性剤も包含される。
【００６４】
本発明のコーティングは、生体分子から作製することもできる。好ましい生体分子は、正味の電荷または局在化した電荷を含有する。生体分子の例としては、タンパク質、酵素、脂質、ホルモン、ペプチド、核酸、オリゴ核酸、DNA、RNA、糖、および多糖が挙げられるが、これらに限定されるものではない。タンパク質の例としては、免疫グロブリンG(IgG)およびアルブミン、たとえば、ウシ血清アルブミン(BSA)およびヒト血清アルブミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
6.2. 材料の作製方法
本発明の材料は、本明細書に記載の方法を用いて容易に調製することができる。特定の方法では、当技術分野で公知の化学的処理法、プラズマ法、電子ビーム(eビーム)法、および/またはコロナ放電法を用いて、基材の表面を活性化する。この活性化を行うと、化学結合が開裂して、ヒドロキシ基、アミン基、およびカルボン酸基(ただし、これらに限定されるものではない)のような親水性および/または化学活性部分を形成することにより、表面が改質される。もちろん、形成される特定の基は、基材表面の化学組成ならびにそれを活性化させるのに用いられる方法および条件に依存する。多くの場合、疎水性プラスチック表面を活性化させると、親水性の帯電した表面が提供される。
【００６６】
基材表面を活性化するのに使用することのできる種々の方法のうち、プラズマ処理およびコロナ放電が、プラスチックとくに多孔質プラスチックの活性化に好適である。負に荷電した多孔質プラスチック表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アルゴン、酸素、窒素、メタノール、エチレンオキシド、およびアセトンのプラズマが挙げられるが、これらに限定されるものではない。正に荷電した表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アンモニアおよびエチレンジアミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材の組成、そのサイズ、および使用する特定のプラズマに依存して、所望の表面を得るのに必要な時間は変化する。典型的な時間は、約1分間〜約1時間の間でケースごとに様々であり得る。同様に、所望のプラズマを得るのに必要な電力は、典型的には、約50W〜約1000Wの間でケースごとに様々であり得る。
【００６７】
6.2.1. 焼結
本発明の特定の実施形態では、焼結により作製された多孔質プラスチック基材を使用する。本発明の焼結多孔質高分子材料を形成するために、多孔質ポリマーを作製するための多くの好適な焼結方法を使用することができる。焼結は、ポリマー粒子のような個別粒子を熱により融着一体化させるプロセスである。たとえば、最初に、ポリマー粒子を成形型または他の容器もしくは支持体に充填することができる。次に、通常、粒子の外表面またはシェルだけを融解させる温度まで粒子を加熱する。次に、この温度で粒子を融着一体化させ、そして室温のようなより低い温度まで冷却させて焼結製品を形成する。
【００６８】
特定の実施形態では、たとえば、1999年11月23日に出願されたYaoらの米国特許出願第09/447,654号に開示されているように水面下でペレット化させることにより、高分子粒子を作製する。その文献の内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、最初に、高分子材料(たとえば、第6.1節に述べたようなポリマーの粒子)および他のオプションの材料(たとえば、湿潤剤および界面活性剤)を含む混合物を形成する。材料は、好ましくは、粉末形態である。混合物全体にわたり確実にそれぞれが一様に分布するように、材料を混合する。次に、場合により加圧下で、混合物を焼結温度まで加熱して、焼結多孔質高分子材料を得る。
【００７０】
当業者には当然のことながら、多孔質高分子材料の平均細孔サイズが、少なくともある程度は、高分子材料の平均粒子サイズ、焼結温度、および焼結時に混合物に加わる圧力(加圧する場合)に依存する。他のオプションの材料(存在する場合)の粒子が多孔質材料の平均細孔サイズよりも小さければ、粒子は焼結プロセス時に材料の細孔内に閉じ込められて、その細孔の壁に固着する可能性がある。他のオプションの材料(存在する場合)の粒子が多孔質材料の平均細孔サイズよりも大きければ、粒子は混在物として多孔質材料内に組み込まれるであろう。
【００７１】
焼結は、中実支持体上または成形型内で行うことが可能であり、そこで得られた最終生成物は、所望の形状の部片にカットすることが可能である。セルフシーリング媒体の所望の形状が複雑である場合、成形型を使用することが好ましい。
【００７２】
6.2.2. 表面の活性化
いくつかの基材の表面を被覆するために、コーティングを施す前に表面を活性化させることが好ましい。
【００７３】
化学的処理、プラズマ放電、電子ビーム(eビーム)放電、およびコロナ放電(ただし、これらに限定されるものではない)のような当技術分野で公知の1つ以上の方法を用いて、基材の表面を活性化させることができる。この活性化を行うと、たとえば化学結合が開裂して、ヒドロキシ基、アミン基、およびカルボン酸基(ただし、これらに限定されるものではない)のような親水性および/または化学活性部分を形成することにより、基材の表面が改質される。当業者には当然のことながら、形成された特定の官能基は、基材表面の化学組成ならびにそれを活性化させるのに用いられる方法および条件に依存する。多くの場合、疎水性プラスチック表面を活性化させると、通常、親水性の帯電した表面が提供される。
【００７４】
高分子材料の表面を活性化するのに使用することのできる種々の方法のうち、プラズマ処理およびコロナ放電が、本発明の基材を活性化させるにとくに適している。負に荷電した多孔質プラスチック表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アルゴン、酸素、窒素、メタノール、エチレンオキシド、およびアセトンのプラズマが挙げられるが、これらに限定されるものではない。正に荷電した表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アンモニアおよびエチレンジアミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材の組成、そのサイズ、および使用する特定のプラズマに依存して、所望の表面を得るのに必要な時間は変化する。典型的な時間は、約1分間〜約1時間の間でケースごとに様々であり得る。同様に、所望のプラズマを得るのに必要な電力は、約50W〜約1000Wの間でケースごとに様々であり得る。
【００７５】
6.2.3. コーティング
本発明の基材は、表面の活性化の有無にかかわらず、種々の材料で被覆することが可能である。基材が焼結多孔質高分子材料である場合、基材は、製造/焼結プロセス時に添加された固体の湿潤剤をすでに含有していてもよい。本発明で使用するのに好適な湿潤剤としては、界面活性剤および親水性ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００７６】
湿潤剤はまた、ディップ法、スプレー法、および/またはリンス法(ただし、これらに限定されるものではない)のような溶液被覆法により基材の表面上に被覆することも可能である。
【００７７】
とくに、被覆法としては、溶液中への基材のディッピング/浸漬が挙げられる。当業者には当然のことながら、被覆プロセスに使用される手段および継続時間は、特定の材料および関与する湿潤剤に依存する。典型的には、約0.5〜約50分間の継続時間で被覆(たとえば、浸漬)を行えば、コーティングを提供するのに十分である。特定の場合には、約2〜約20分間または約2〜約10分間の被覆継続時間であれば十分である。次に、被覆後、材料の乾燥および/またはすすぎを行うことが可能であり、その後、所望により、再び被覆を行うことも可能である。
【００７８】
本発明の特定の実施形態では、基材として使用される焼結多孔質高分子材料は、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せで被覆される。より特定的には、被覆する前に高分子材料の表面を活性化させる。
【００７９】
表面が活性化された基材は、基材の表面上に第1の層を形成するのに用いられる材料(複数も可)の溶液に接触させる。特定の好適な溶液は、カチオン性またはアニオン性ポリマーの溶液である。溶液は水性であってもよいが、有機溶媒を使用することも可能である。特定例は、水、エタノール、イソプロパノール、およびそれらの混合物の溶液である。基剤表面上に第1の層を形成するのに十分な時間および十分な温度で、活性化基材と溶液との接触を保持する。とくに、基材表面上の官能基と溶液中の分子との間の共有結合および/または静電相互作用の形成によりに、層を形成する。
【００８０】
基材表面上の官能基と溶液中の分子との間の相互作用は、使用する溶媒のタイプ、温度、pH、およびカップリング剤(たとえば、DCCおよびEDC)の添加により調整することができる。たとえば、pHおよびカップリング剤濃度を高くすると、基材とコーティングの第1の層との間の共有結合形成を促進することができる。
【００８１】
得られた被覆基材を溶液から取り出した後、たとえば、超音波浴中において脱イオン水で洗浄する。典型的な洗浄時間は、溶媒および第1の層を形成するのに使用する材料(複数も可)に依存してケースごとに異なるが、多くの場合、約10分間以下である。場合により、洗浄された単層被覆基材を乾燥させることができる(たとえば、高温で)。高温により共有結合の形成が促進される。
【００８２】
次に、単層被覆基材を第2の溶液に接触させる。好ましくは、この第2の溶液は、第2の層が静電相互作用を介して第1の層に固着するように、第1の層を形成する電荷と反対の電荷をもつ分子の溶液である。しかしながら、第2の層を形成するのに使用される分子上の官能基と、活性化を行ってまたは行わずに、反応することができる官能基を有する分子から第1の層を形成することも可能である。得られた二層被覆基材を第2の溶液から取り出した後、好ましくは、洗浄し、乾燥させる(たとえば、高温で)。
【００８３】
第1および第2の層を形成することができる溶液の特定例としては、約10ppm〜約100,000ppmの濃度の高分子電解質溶液が挙げられるが、これに限定されるものではない。当業者には当然のことながら、特定の溶液の濃度はいずれも、ポリマーの分子量、所与の層を作製するのに用いられる分子の電荷密度、およびタイプに依存する。より高分子量の分子の溶液は、一般的には、より低分子量の分子の溶液よりも低い濃度を必要とする。同様に、高イオン密度ポリマーは、典型的には、より低い溶液濃度を必要とする。一般的には、とくに、媒体が低いイオン強度である場合、生体分子は、反対電荷を有する表面上に強く固定される。
【００８４】
静電相互作用は、とくに複合体形成時、異なる電荷を有する高分子電解質間における最も重要な相互作用の1つである。異なる高分子電解質は、それらの官能基間で共有結合を形成することもできる。たとえば、PEI中のアミノ基は、PAA中のカルボン酸基とアミド結合を形成することができる。また、共有結合の形成、強度、および耐久性は、溶媒のタイプ、温度、pH、およびカップリング剤に依存する。PEIおよびPAAとカップリング剤との比もまた、形成される共有結合のパーセントに影響を及ぼすであろう。そのような反応を促進するために、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)のようなカップリング試薬を使用することができる。
【００８５】
さまざまなコーティングの想定しうる形態の例としては、基材と第1の層との間が静電相互作用かつ第1の層と第2の層との間が共有結合；基材と第1の層との間が共有結合かつ第1の層と第2の層との間が共有結合；基材と第1の層との間が静電相互作用かつ第1の層と第2の層との間が静電相互作用；および両方のコーティングが共有結合と静電相互作用との混合である形態が挙げられる。各層を形成する分子が複数の共有結合相互作用および/または静電相互作用によりその下側の材料に結合することができるので、本発明の典型的な材料は、離層および/または解離に対して抵抗性をもつきわめて安定なコーティングを有する。さらに、本発明の多層コーティングの安定性が高いので、コーティングの溶解度が低くなり、したがって、浸出の少ないコーティングが提供される。
【００８６】
表面が活性化されかつ2層の逐次被覆層をさらに含有する基材であることを特徴とする本発明の特定の一実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミド(PEI)の分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)含有コポリマー、またはフッ素化界面活性剤のような界面活性剤の分子を含む。他の選択肢として、第1の層は、ポリアリルアンモニウムクロリドの分子を含み、第2の層は、ポリビニルスルフェートの分子を含む。特定の界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、およびフッ素含有界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８７】
場合により表面を活性化させ、表面上に層を形成するのに十分な条件下で1種以上の化合物の溶液にそれを接触させるプロセスを繰り返すことにより、3層以上のコーティングを得ることができる。したがって、さまざまな厚さ、密度、および均一性の多層コーティングをさまざまな基材の表面に固着させることができる。
【００８８】
たとえば、本発明の一実施形態では、焼結多孔質高分子材料のような基材は、表面が活性化されており、2層の逐次被覆層をさらに含有する。基材は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第2の層にまたは追加の層に結合された1層以上の追加の層でさらに被覆される。高分子材料が3層で被覆されていることを特徴とする特定の実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミドの分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)の分子を含み、第3の層は、ポリエチレンイミド、ポリビニルアミン、または界面活性剤の分子に含む。
【００８９】
本発明の材料を製造するには、しばしば、基材の表面上に官能基を形成することが必要である。しかしながら、本発明の多くの材料の有用性はまた、最終生成物の表面上の化学成分の数およびタイプにも依存する可能性がある。本発明の方法によれば、さまざまな化学反応性官能基を有する基材を提供することができる。一例として、プラスチック(たとえば、多孔質プラスチック)基材の表面上に導入することができる官能基としては、中性pHで正に荷電しうるアミノ基(第一級、第二級、および第三級アミンを含む)が挙げられる。アミノ官能性多孔質材料は、PEIまたは他のアミノ基含有高分子電解質を多孔質材料上に被覆すること、プラズマ、eビーム、またはコロナグローで材料を予備活性化すること、PEIおよび他のアミノ含有正電荷高分子電解質のようなアミノ含有高分子電解質で多孔質材料を溶液処理すること、またはPAAのような負荷電高分子電解質ですでに被覆されている多孔質材料をアミノ含有正電荷電解質で溶液処理すること、により製造することができる。
【００９０】
PAAまたは他のカルボン酸含有高分子電解質の溶液で正荷電多孔質材料を処理することにより、カルボン酸基を多孔質材料上に導入することができる。典型的には、正に荷電した材料は、正に荷電した高分子電解質で処理されたものであるかまたはアンモニア溶液もしくはアンモニアプラズマで活性化させたものである。
【００９１】
PSSAまたは他の硫酸含有高分子電解質の溶液で正荷電多孔質材料を処理することにより、硫酸官能基を多孔質材料上に導入することができる。典型的には、正に荷電した材料は、正に荷電した高分子電解質で処理されたものであるかまたはアンモニア溶液もしくはアンモニアプラズマで活性化させたものである。
【００９２】
反対電荷をもつ官能基を含有するPEG分子で荷電多孔質材料を処理することにより、ポリ(エチレングリコール)(PEG)分子を荷電多孔質材料上に被覆することができる。たとえば、カルボン酸官能基を有するPEG分子をPEIで被覆された多孔質材料上に被覆することができる。
【００９３】
生体分子を本発明の基材上に被覆することもできる。たとえば、多孔質材料と比較して反対の電荷を含有するビオチン誘導体で荷電多孔質材料を処理することにより、アビジンおよびストレプトアビジンに特異的に結合しうる小さい生体分子であるビオチンを多孔質材料上に導入することができる。
【００９４】
多くの多糖は、電荷を含有し、細胞の増殖および採取を行うための良好なマトリックスを提供することができる。反対に荷電した多孔質材料を多糖で処理することにより、ヘパリン、キトサン、およびCMCのような荷電多糖を多孔質材料上に導入することができる。
【００９５】
反対電荷を含有するフルオロアルキル分子で荷電多孔質材料を処理することにより、ペルフルオロアルキル基のようなフルオロアルキル基を多孔質材料に結合することができる。
【００９６】
6.3. 材料の特性および試験
本発明の好ましい実施形態は、基材とポリマーの少なくとも2層のコーティング層とを含み、一方のポリマーは、カチオン性電荷を含有し、他方のポリマーは、アニオン性電荷を含有する。たとえば、PEIとPAA、PEIとPSSA。理論により限定されるものではないが、第2の反対に荷電した層を第1の層に固着させることにより、2層間の多数の静電相互作用および材料の低い溶解性に起因して、第1の層が単独のときよりも実質的に安定したコーティングを提供できると考えられる。
【００９７】
本発明にはまた、基材(好ましくは、多孔質プラスチック基材)の表面に固着された3層以上の多層コーティングを有する材料が包含される。そのような多層複合体は、たとえば、反対電荷をもつ化合物を繰り返して適用することにより構築することができる。そのような複合体の例としては、PEI/PAAIPEI/PAA/...、PEI/PAA/ポリアリルアミド/ポリスチレンスルホネート/...、PEI/タンパク質/PAA/タンパク質/...、およびPEI/生体分子/PAA/生体分子/...が挙げられるが、これらに限定されるものではない。(ここで、「...」は、追加の層が存在可能であることを示す)。
【００９８】
特定の材料が利用される用途に応じて、多種多様な小分子および大分子を用いることにより、本発明のコーティング層を提供することができる。そのような分子のいくつかのクラスの種々の作用について以下で論述する。
【００９９】
6.3.1. 金属イオン
荷電ポリマーをベースとする第1の層により提供されるマトリックス内に小さい金属イオンおよび有機イオンを固定化することができる。多くの金属イオンは、PEIまたはPAAと複合化させることが可能であり、いくつかのイオン(とくに高荷電イオン)は、本発明の材料の層内に固定化させることが可能である。そのような複合体の例としては、PEI/PAA/金属イオン/PEI/...およびPEI/アニオン性イオン/PEI/...が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１００】
ほとんどの高分子電解質は重金属イオンに対する優れた配位剤(coordinator)であるので、本発明の材料は、重金属イオンが閉じ込められたカチオン性またはアニオン性ポリマーの層を含みうる。無機イオンを用いることにより、多孔質材料上にさまざまな高分子電解質層を橋絡させることができる。例としては、PEI/ネイティブ(native)電荷イオン/PEI/負電荷イオン/PEIおよびPEI/PAA/正電荷イオン/PAA/正電荷イオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。表1は、銅イオンが本発明の多孔質プラスチックベースの材料の色に及ぼしうる影響を示している。
【表１】
【０１０１】
6.3.2. 染料分子
1層以上のコーティング層内に組み込まれるかまたは1層以上のコーティング層を形成するのに使用される小分子としては、有機および無機の染料、とくに電荷を有する染料が挙げられる。そのような染料は、化学反応、pH、および他の環境条件のインジケーターとして有用な材料を提供するために使用することができる。
【０１０２】
ほとんどの染料分子は荷電分子であり、高分子電解質との強い相互作用を有する。高分子電解質コーティングを介して多孔質材料上に染料分子を固定化することができる。固定された染料により、多孔質材料に所望の色および光学的性質を付与することができる。多孔質材料上に固定された染料の色変化により、センサーとして多孔質材料を使用する応用の可能性が得られる。
【表２】
【０１０３】
6.3.3. 界面活性剤
小さい荷電有機界面活性剤を本発明の材料に組み込むことも可能であり、これを用いることにより、疎油性多孔質材料を提供したり、さまざまな溶媒において多孔質材料のウィッキング速度を制御したりすることができる。界面活性剤と荷電ポリマーとを組み合わせることにより、浸出をほとんど示さない安定な疎油性表面を得ることができる。
【０１０４】
PEI被覆多孔質材料のように正の高分子電解質で被覆された多孔質プラスチック上に、負電荷を有する小分子界面活性剤を固定化することができる。PAA被覆多孔質材料のように負の高分子電解質で被覆された多孔質プラスチック上に、正電荷を有する小分子界面活性剤を固定化することができる。
【０１０５】
負、正、または複合の高分子電解質を含めて、いかなる種類の高分子電解質で被覆された多孔質材料上にも両性小分子界面活性剤を固定化することができる。
【表３】
【０１０６】
6.3.4. 生体分子
生物学的分子(「生体分子」)を用いて中実基材上および多孔質基材上に1層以上のコーティング層を形成することも可能であり、それにより、アフィニティー結合アッセイ、PCR基板、および薬物送達デバイス(ただし、これらに限定されるものではない)のような用途に有用な材料を提供することができる。本発明の目的の範囲内で、生体分子としては、タンパク質、酵素、ペプチド、DNA、およびRNAが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい生体分子は、基材考案物に結合された第1の層または後続の層に静電的に固着させうる局所的に荷電した生体分子である。生体分子は、荷電した第1の層または後続の層の表面上に吸着させるか(すなわち、本発明の材料の最外層を形成する)、基材に直接固着させて材料の第1の層を形成するか、または2層以上の層間に閉じ込めることが可能である。もちろん、本発明の材料を提供するのに使用しうる他の分子のいずれを用いる場合でも同じであるが、特定の生体分子をどのように材料に組み入れるかまたは材料のどこに組み入れるかは、材料の使用目的および生体分子自体(たとえば、そのサイズ、構造、および電荷)に依存する。
【０１０７】
たとえば、負電荷を有する生体分子は、PEIのように正に荷電した表面層上に直接吸着させることが可能であり、PAAまたはPEIのような高分子電解質の他の層でさらに安定化させることが可能である。負荷電生体分子はまた、本発明の基材の上側の第1のまたは後続のコーティング層を形成するのに使用されるPAAと溶液状態で混合することも可能である。そのような混合物を用いれば、本発明の材料を形成する生体分子の化学的および物理的(たとえば、浸出に対する感受性)安定性を増大させることができる。同様に、個別のカチオン性末端とアニオン性末端とを有する生体分子を組み入れてPEI/生体分子/PAA(ただし、これに限定されるものではない)のような複合体にすることができる。
【０１０８】
本発明の方法を用いて複数の生体分子ベースの層を作製することも可能である。例としては、PEI/負荷電生体分子/PEI/負荷電生体分子/...およびPEI/PAA/正荷電生体分子/PAA/正荷電生体分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１０９】
6.4. 用途
本発明の材料は多種多様な用途を有する。たとえば、本発明の特定の材料は、安定で均一なウィッキング速度を呈し、純水中で限られた浸出を示す。そのような材料は、濾過デバイスおよび他の液体供給デバイスで使用することができる。
【０１１０】
本発明はさらに、疎油性被覆材料を包含する。たとえば、高分子電解質(たとえば、PEI)の第1のコーティングと、電荷を含有するフッ素化界面活性剤から作製された反対に荷電した第2のコーティングと、を有する多孔質プラスチックを、本発明の方法により作製することが可能である。そのような材料は、エアレーションデバイスおよび空気は透過させるが液体は透過させない他のデバイスで使用することが可能である。
【０１１１】
本発明の材料はまた、生体分子をはじめとする種々の分子の送達、スクリーニング、抽出、分離、または精製を促進するために使用することができる。たとえば、多孔質プラスチックベースのPEI/PAA材料の生体分子結合能は、溶液媒体にかなり依存し、したがって、溶液から特定の生体分子を抽出するために使用することができる。本発明の材料からの生体分子の放出もまた、pHおよびイオン強度(ただし、これらに限定されるものではない)のような周囲の溶媒条件に従って制御することが可能である。したがって、本発明の材料は、生体分子精製、DNA/RNA抽出、生体流体精製、ラテラルフローデバイス、マイクロ流体デバイス、および高速スクリーニングデバイスで使用することができる。
【０１１２】
本発明の材料はまた、化学浸出および汚染が許容できない医療用途をはじめとするさまざまな用途でフィルターとして使用することができる。本発明の多孔質プラスチックベースのPEI/PAA材料は、水溶液中で限られた浸出を示す。クロマトグラフィーは、本発明の材料を利用することのできる他の用途である。たとえば、HPLC装置中およびTLCプレート中の不純物および夾雑物を除去するのに有用なプレカラムを作製するために材料を使用することができる。イオン交換カラムとして材料を使用することもできる。本発明の材料を利用することのできる用途の最後の例は、限定されるものではないが、導電性多孔質プラスチックを必要とする任意の用途である。そのようなプラスチックは、ケミカルアッセイおよびバイオアッセイの技術にとくに有用であり得る。
【実施例】
【０１１３】
7. 実施例
7.1. 実施例 1: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EURO PLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%または1% PAA(Aldrich, 523925, MW 250,000)の特定濃度を有するエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１４】
7.2. 実施例 2: 親水性表面
200ワット、2分間の条件で、コロナ放電(Corotech, Corotreator)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPAA(Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１５】
7.3. 実施例 3: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ-DL-アスパラギン酸ナトリウム塩(Sigma, 47789-3, MW 3000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１６】
7.4. 実施例 4: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%の(スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)ナトリウム塩(Sigma, 43455-8, MW 20,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１７】
7.5. 実施例 5: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１８】
7.6. 実施例 6: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.01%のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(Sigma, 41913-1, MW 250,000)を含む0.01M PBS溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１９】
7.7. 実施例 7: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.01%のキトサン(Sigma, 448 87-7)を含む10%酢酸水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.01%のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(Sigma, 41913-1, MW 250,000)を含む0.01M PBS溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２０】
7.8. 実施例 8: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、アンモニアプラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPEI (BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２１】
7.9. 実施例 9: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ジアリルジメチルアンモニアクロリド)(Sigma, 40903-0, MW 500,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２２】
7.10. 実施例 10: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のポリ(アリルアミン塩酸塩)(Sigma, 28322-3, MW 15,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２３】
7.11. 実施例 11: 多層正荷電親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EURO PLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。このPAA被覆多孔質材料を0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２４】
7.12. 実施例 12: 多層負荷電親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROplasma CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。このPAA被覆多孔質材料を0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、このPEI被覆多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２５】
7.13. 実施例 13: 疎油性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２６】
7.14. 実施例 14: 疎油性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のペルフルオロ-1-オクタンスルホン酸テトラエチルアンモニウム塩(Sigma, 36528-9)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２７】
7.15. 実施例 15: 半導電性多孔質プラスチック
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(アニリンスルホン酸)(Sigma, 52328-3, MW 10,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２８】
7.16. 実施例 16: 共有結合高分子電解質複合体
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROplasma CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、0.1% PAA(Sigma(MW 250,000)、0.2% ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(Sigma, D8000-2)の特定濃度を有するDMF溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２９】
7.17. 実施例 17: アニオン性染料分子で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%アニオン性染料(たとえば、Ponceau Sナトリウム塩(Sigma, P3504))を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３０】
7.18. 実施例 18: カチオン性染料分子で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。次に、被覆多孔質材料を、0.1%カチオン性染料(たとえば、アクリジンオレンジ(Sigma, 6014))を含むエタノール水溶液中に浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３１】
7.19. 実施例 19: ポリエチレングリコールで被覆された材料 ( イオン相互作用 )
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PEG-プロピオン酸(Shearwater, 2M3T0P01)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３２】
7.20. 実施例 20: ポリ ( エチレングリコール ) で被覆された材料 ( 共有結合相互作用 )
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、1% PEG-プロピオン酸(Shearwater, 3M3T0F02)、1% ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(Sigma, D8000-2)を含むDMF溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３３】
7.21. 実施例 21: アニオン性界面活性剤で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%ドデシル硫酸ナトリウム(Aldrich, 7 1726F)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３４】
7.22. 実施例 22: カチオン性界面活性剤で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済のシートは室温で乾燥した。次に、被覆多孔質材料を、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB) (Aldrich, (26876-3)を含むエタノール-水溶液中に浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３５】
7.23. 実施例 23: ビオチンで被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積30%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%スルホ-NHS-LC-LC-ビオチン(Pierce, 21338)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３６】
7.24. 実施例 24: 脂質で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、0.1% Fumonisin B 1 (Sigma, F 1147)またはL-リゾホスファチジン酸(Sigma, L7260)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３７】
7.25. 実施例 25: 核酸で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%グアノシン5'-三リン酸ナトリウム塩(Sigma, G8877)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。被覆シートを100倍の水で5分間洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３８】
7.26. 実施例 26: タンパク質で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAAナトリウム塩(aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。処理済の部片を0.1%ヤギIgG(Sigma, I5256) 中に室温で2時間浸漬させた。次に、多孔質材料を脱イオン水で1分間かけて3回すすいだ。最終生成物を室温で乾燥させた。
【０１３９】
7.27. 実施例 27: セラミック多孔質材料用の親水性表面
多孔質セラミックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４０】
7.28. 実施例 28: 金属多孔質材料用の親水性表面
多孔質金属シートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４１】
7.29. 実施例 29: 疎油性セラミック材料
多孔質セラミックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４２】
7.30. 実施例 30: 疎油性金属材料
多孔質金属シートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４３】
7.31. 実施例 31: ウィッキング特性
ウィッキング速度を試験することにより本発明の種々の多孔質材料の親水性を調べることができる。たとえば、試験片(0.5×5cmストリップ)の一方の末端を深さ0.5cmの試験溶液中に浸漬する。特定の溶液がストリップの特定の長さ(たとえば、4cm)を上昇するのに要する時間を測定することができる。標準的接触角測定を用いて、ウィッキングを起こさない材料の疎水性を決定することができる。
【０１４４】
PEI/PAA系で処理したT3材料のウィッキング速度および安定性を系統的に試験した。結果からわかるように、プラズマ/PEI/PAA系で処理したT3材料は、酸素プラズマ処理されたプラズマ/PEI処理およびプラズマ/PAA処理のT3材料よりも脱イオン水のウィッキング速度が速かった。最も重要な改良は、ウィッキング速度の安定性に由来する。プラズマ処理だけを施したT3材料は、室温または高温における保存時に疎水性に戻る。PEIまたはPAAの単独処理により、T3材料のウィッキング安定性が改良されるであろうが、高温下では、依然として、部分的にウィッキング速度が低下する。PEI/PAA系で処理したT3材料は、高温下でさえも、非常に安定したウィッキング速度を示す。
【表４】
【０１４５】
このほか、PEIと複合化された種々の高分子電解質に対して秒/4cm単位で測定したウィッキング速度を図2に示す。図2で使用した高分子電解質は、ポリ(スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)(PSSA-co-MA)、ポリ(ナトリウム-4-スチレンスルホネート)(PS-4-SS)、ポリ(スチレン-alt-マレイン酸)(PS-alt-MA)、ポリ(ビニルアルコール-co-ビニルアセテート-co-イタコン酸)(PVA-co-VA-co-IA)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸モノエチルエステル)(PMVA-alt-MAME)、ポリ(ビニルスルホン酸)(PVSA)、ポリ(スチレン-co-マレイン酸)(PS-co-MA)、およびポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)(PMVE-alt-MA)である。
【０１４６】
7.32. 実施例 32: 耐浸出性
浸出は、多孔質材料に対する表面改質材料および添加剤でよく見うけられる現象である。被覆に用いられた分子が浸出すると、濾過デバイスの寿命が短くなったり、高度に調節された医療用デバイスおよび高感度のクロマトグラフィーの分野における多孔質材料の適用が制限されたりするであろう。さまざまな分析法を用いてさまざまな分子の浸出を定量することができる。浸出を測定するのに使用することのできる方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
【０１４７】
(i) 高分子電解質: 高分子電解質および他の分子の浸出量の定量は、UV-VIS法およびHPLC法を用いて行うことができる。PEIのような高分子電解質は、ブラッドフォード試薬のような有機染料分子と複合体を形成することができる。この新たな複合体の量は、UV-VIS分光光度計を用いて決定することができる。高分子電解質の量はまた、ゲルパミッシィブクロマトグラフィー(Gel Permissive Chromatography)(GPC)法またはサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)法により決定することもできる。
【０１４８】
(ii) 生体分子: 生体分子の浸出は、HPLC、質量分析計(MS)を用いて測定することができる。また、生体分子が特定の化学反応を触媒することができるのであれば、UV-VISを用いて生体分子の浸出を測定することも可能である。たとえば、ホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)およびテトラメチル-ベンジジン(TMB)との触媒化学反応。
【０１４９】
(iii) 有機小分子および界面活性剤: UV-VIS領域に吸収がある場合、通常、HPLCまたはUV-VISにより有機小分子および界面活性剤の浸出を測定することができる。
【０１５０】
(iv) 無機イオン: UV-VIS法およびICP-MS法により、無機イオンの浸出量を測定することができる。
【０１５１】
永続的親水性多孔質プラスチックを得るために、通常、固形の界面活性剤が多孔質プラスチックに加えられる。一般的には、加えられた界面活性剤の50%超が多孔質プラスチックマトリックスから洗浄除去される可能性がある。たとえば、多孔質プラスチック中に0.15%の界面活性剤が存在する場合、界面活性剤の50%に相当する0.075%の界面活性剤が溶液中に浸出するであろう。
【０１５２】
PEI、PEI/PAA、およびPAA/PEI複合系の浸出量は、ブラッドフォード試薬との反応によりUV-VISを用いて測定することができる。この方法によれば、水溶液でサブPPMの感度が得られる。一般的には、PEIおよびPEI/PAA複合体の浸出量は、高分子電解質溶液の濃度、洗浄方法、洗浄溶液のpH、およびイオン強度に依存する。
【０１５３】
PEIおよびPEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料では、多孔質材料を十分に洗浄した場合、PEIおよびPEI/PAA複合体の浸出は、PEIまたはPAAの濃度の影響をあまり受けない。
【表５】
【０１５４】
PEI/PAA逐次処理により、PEIの浸出を顕著に減少させることができる。1% PEI/1% PAA、1% PEI/0.1% PAA、0.1% PEI/1% PAA、および0.1% PEI/0.1% PAAについて、浸出量の有意差は観測されなかった。
【０１５５】
PEI/PAA複合体の浸出は洗浄方法にも依存する。PEI適用およびPAA適用の後に十分な洗浄を行うステップを加えれば、浸出量は顕著に減少するであろう。図3は、2つの異なる洗浄を行ったPEI/PAA処理T3材料の浸出量(マイクログラム/グラム)を示している。サンプル1は、振動洗浄を3回行ったものであり、サンプル2は、非振動洗浄を1回行ったものである。見てわかるとおり、サンプル1は、サンプル2よりも顕著に少ない浸出を示した。
【０１５６】
PEI/PAA複合体は、異なるpHおよびイオン強度で異なる溶解度を有する。表面が異なると、異なる洗浄溶液下で異なる浸出を示す。PEIで被覆された多孔質プラスチックは、PBS中よりも純水中のほうが高い浸出を示し、PEI/PAA複合体で被覆された多孔質プラスチックは、PBS中でより高い浸出を示し、PAAのみで被覆された多孔質プラスチックは、純水中でより高い浸出を示す。(PBS, 0.01 M, 0.15 M NaCl)(図4)。
【０１５７】
PEI/PAAで処理したT3材料は、界面活性剤で処理したT3よりも純水中およびPBS緩衝液条件でかなり少ない浸出を示す。PEIの全浸出量は、加えられた界面活性剤の50%が浸出するのに対して、固定化された全PEIの約1〜2パーセントにすぎない。
【０１５８】
PEI/PAAの浸出は、0.1ppm未満の量の場合、検出不能なことが多いことに留意されたい。
【０１５９】
7.33. 実施例 33: タンパク質結合
タンパク質結合は、異なる処理を施した多孔質材料をタンパク質溶液中に浸漬することにより行った。この溶液中のタンパク質の一部は、酵素または放射線同位体で標識化されている。酵素標識化タンパク質の場合、化学基質は酵素と反応し、特定のUV吸収バンドを有する新たな化学物質を形成する。新たに形成された化学物質の吸収を特定の波長で測定することにより、多孔質材料上の酵素の活性および量を計算することができる。放射線同位体標識化タンパク質の場合、放射線量を測定することにより多孔質材料上のタンパク質の量を測定することができる。
【０１６０】
異なる処理を施したT3多孔質材料上で酵素標識化ヤギ抗ウサギIgGを用いて、IgG結合量を調べた。結果からわかるように、異なる処理を施したT3材料のIgG結合量は、異なるpH(0.01 M PBS, 0.15 M NaCl)下で異なっていた。データから示唆されるように、未処理のT3では、pHの増加に伴ってIgG結合量が減少し、酸素プラズマ処理したT3では、そのIgG結合に及ぼすpHの影響は見られなかった。PEIで処理したT3多孔質材料は、pH7で最大のIgG結合を示す。PEI/PAAおよびPAAで処理したT3多孔質材料では、いずれも、pHの増加に伴ってIgG結合が減少した。PEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料は、強いpH依存性IgG結合能を示した。これは、タンパク質の抽出および分離に好適な性質である。結果を図5に示す。この図には、未処理(T3)、酸素プラズマ処理(O2)、PEI処理、PEI-PAA処理、およびPAA処理の施されたT3材料の表面上のIgG結合量が、異なるpH値(すなわち、6、7、および8)の下に示されている。
【０１６１】
図6は、異なるイオン強度(脱イオン水、0.01M PBS緩衝液、0.1M PBS緩衝液。これらはそれぞれ0、0.15、および1.5のイオン強度に相当する)における異なる処理を施したT3多孔質材料のIgG結合能(pH7)を示している。データから示唆されるように、未処理のT3多孔質材料および酸素プラズマ処理したT3多孔質材料は、イオン強度依存性IgG結合を示さない。PEIで処理したT3多孔質材料は、0.15のイオン強度で最大のIgG結合を示した。PEI/PAAおよびPAAで処理したT3材料は、いずれも、イオン強度0からイオン強度0.15にかけてIgG結合の有意な減少を示した。しかしながら、0.15と1.5のイオン強度間では差異はほとんどなかった。PEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料は、イオン強度依存性IgG結合能を示した。これはタンパク質の抽出および分離に好適な性質である。
【０１６２】
図7は、異なる処理を施した材料へのタンパク質(IgG)結合の結果を示している。材料は、10マイクロメートルの平均細孔サイズを有する。また、結合アッセイは、7.18のpH値で行った。
【０１６３】
図8は、異なる高分子電解質で処理した材料へのタンパク質(IgG)結合の結果を示している。材料は、7マイクロメートルの平均細孔サイズを有する。また、結合アッセイは、7のpH値で行った。
【０１６４】
当業者にはきわめて当然のことながら、本発明は、以上に記載されたまたは添付の図に示された詳細に限定されるものではない。そうではなく、本発明は、以下の特許請求の範囲を参照することにより、最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】2層コーティングを有する本発明に係る種々の実施形態の全体的概略図である。ここで、コーティングを構成する分子は円により示され、プラスもマイナスもない円は中性分子を示し、「+」を有する円は、カチオン性分子またはカチオン性部分を含有する分子を示し、「-」を有する円は、アニオン性分子またはアニオン性部分を含有する分子を示す。
【図２】異なる高分子電解質で処理した多孔質材料のウィッキング速度を示す図である。
【図３】異なる洗浄を行ったPEI/PAA処理多孔質材料の浸出量を示す図である。
【図４】PBS中および純水中へのPEI/PAA処理多孔質材料の浸出量を示す図である。
【図５】異なる処理を施した多孔質材料の異なるpHにおけるIgG結合量を示す図である(0.01M PBS)。
【図６】異なる処理を施した多孔質材料の異なるイオン強度におけるIgG結合量を示す図である。
【図７】種々のPEI/PAA処理多孔質材料上のIgG結合量を示す図である。
【図８】異なる高分子電解質で処理した多孔質材料上のIgG結合量を示す図である。
【０００１】
1. 関連出願
本願は、米国仮特許出願第60/315,043号および同第60/315,044号(いずれも2001年8月28日出願)の優先権を主張するものである。それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【０００２】
2. 発明の分野
本願は、部分的には、コーティングが少なくとも2層で構成されていることを特徴とする多層被覆基材、好ましくは多孔質高分子基材と、その製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００３】
3. 発明の背景
金属、セラミックス、ガラス、および高分子の材料を含む多孔質材料は、濾過用、通気用、ウィッキング(wicking)用、および移植用、ならびに他の生物医学用のデバイスのようなさまざまな用途で使用されてきた。たとえば、多孔質高分子材料は、代用血管として機能する医療用デバイス、人工レンズおよび眼内レンズ、電極、カテーテル、ならびに手術または透析を支援するために生体に接続されるデバイスのような体外デバイスで使用することができる。多孔質高分子材料はまた、血液を成分血液細胞と血漿とに分離するためのフィルターとして、血液から微生物を除去するためのマイクロフィルターとして、および埋植時の内皮損傷を防止するための眼用レンズのコーティングとして、使用することができる。多孔質材料はまた、ラテラルフローデバイス、フロースルーデバイス、および他のイムノアッセイデバイスのような診断用デバイスでも使用されてきた。
【０００４】
多孔質材料は化学官能基が不足しかつ/または疎水性を有すると、小分子、ポリマー、または大きい生体分子の液体濾過、抽出、分離、および固定のような用途に不利なこともあり、それを適用するうえで制約を受けることが多いので、多くの場合、多孔質材料の表面特性を改質することが必要である。たとえば、タンパク質は、疎水性材料と接触した状態に置かれたとき、多くの場合、変性するであろう。また、疎水性多孔質材料では、水溶液を吸い取ることができない。コンタクトレンズ、インプラント、および生体と密接に接触する関連デバイスは、生体適合性のある親水性表面を有していなければならない。
【０００５】
多孔質材料を改質する試みがなされてきたが、それほど成果は得られていない。たとえば、米国特許第4,250,029号には、2種の電解質間に中性ポリマー層を配置して異なる荷電を有する高分子電解質を膜上に被覆することにより、イオン反発膜を製造する方法が開示されている。しかしながら、その特許は、薄肉のイオン反発膜に関するものにすぎない。
【０００６】
米国特許第4,619,897号には、異なる材料を固着または結合させることによりプラスチック表面の物理的および/または化学的性質を変化させることができるとの開示がなされている。
【０００７】
米国特許第4,845,132号には、血漿と親水性モノマーとを用いて親水性多孔質膜を作製する方法が開示されている。しかしながら、この方法により堆積させて得られたポリマーフィルムは安定ではなく、親水性モノマーまたはポリマーは、滲み出す傾向がある。
【０００８】
米国特許第5,540,837号には、荷電高分子電解質複合体をフルオロポリマー上に被覆することにより、永続的親水性フルオロポリマーを作製する方法が開示されている。しかしながら、この特許出願は、フッ素化ポリマー膜に限定されており、高分子電解質複合体とフッ素化ポリマー基材との間の固着は、高分子電解質複合体とフッ素化膜との間の強い相互作用が欠如しているため不十分である。
【０００９】
米国特許第5,695,640号は、ポリアミドと塩化カルシウムメタノール溶液との混合物で多孔質物品を処理することにより親水性多孔質物品を作製する方法が開示されている。しかしながら、この方法により得られる親水性の安定性は不十分である。
【００１０】
米国特許第5,700,559号、同第5,807,636号、および同第5,837,377号には、プラズマ処理および逐次的にPEI溶液処理を行うことによりプラスチックの表面を改質させてプラスチックに親水性をもたせる方法が開示されている。その記載によれば、この方法を用いて比較的安定な親水性プラスチックを提供することができる。しかしながら、プラスチックのウィッキング速度は保存時に劣化する。
【００１１】
米国特許第5,856,246号には、水溶性ポリカチオンと長鎖界面活性剤またはアルキル置換ポリアニオンとを用いて材料の表面改質を行い、繊維、織布、ポリマー、および膜を永続的に疎水性または疎油性にする方法が開示されている。しかしながら、そこに開示されている方法は、荷電した材料にのみ好適であるにすぎず、ポリオレフィンのような中性ポリマーには適さない。
【００１２】
米国特許第5,914,182号および同第5,916,585号には、ポリマー界面活性剤溶液で多孔質膜を処理することにより多孔質膜の生体物質結合特性を改良する方法が開示されている。高分子界面活性剤は、疎水性相互作用を介して担体材料に結合する。次に、第1の層を化学試薬により架橋させる。親水性ポリマー溶液に膜を浸漬することにより第2の親水性層を膜に付与する。その記載によれば、この親水性ポリマーコーティングは、生体分子結合を改良し、第1の層と共有結合を形成することができる。しかしながら、この方法は、きわめて薄肉の膜に役立つにすぎない。さらに、結合力が疎水性相互作用に基づいているため、ポリマー界面活性剤と膜担体との間の結合は弱い。このほか、そこで使用されている架橋試薬グルタルデヒドは、かなり毒性が高い。
【００１３】
米国特許第6,020,175号には、正味の反対電荷を有する混合されたポリマーイオン-機能性分子の溶液中に荷電中実基材を浸漬することにより、中実担体上に多層機能性薄膜(たとえば、タンパク質と染料)を作製する方法が開示されている。このステップを繰り返すことにより多層フィルムを形成することができる。その特許は、中実非多孔質材料に関するものである。
【００１４】
米国特許第6,060,410号には、溶液中にて非化学量論的高分子電解質複合体で疎水性ポリマー基材を被覆する方法が開示されている。
【００１５】
したがって、制御可能かつ安定なウィッキング速度、低い浸出速度、ならびに/または濾過、分離、診断、および医療用デバイスの分野における材料の適用可能性を増大させる官能基を備えた材料、とくに多孔質材料が依然として必要とされている。より特定的には、制御可能なウィッキング速度、生体分子結合能、化学反応性、およびイオン選択能を有する多孔質高分子材料が必要とされている。
【発明の開示】
【００１６】
4. 発明の概要
本発明は、多層被覆材料およびそのような材料の製造方法を提供する。特定の方法では、逐次的高分子電解質溶液による溶液処理を利用する。
【００１７】
本発明の材料は、フィルター、フィルム、ラテラルフロー膜、コンジュゲートパッド、抽出材料、および血液分離材料のようにさまざまな用途で使用することができる。本発明の材料は、経済的にかつ/または終始一貫して製造することが可能であり、次の性質、すなわち、永続的な親水性または疎水性、高密度の官能基、制限された浸出、タンパク質および他の生体分子のようなさまざまな試薬への強力かつ/または特異的な結合能、制御可能かつ/またはより狭い分布の多孔度、制御可能かつ幅広いウィッキング速度、さまざまな用途に適した柔軟性のある強度のうちの1つ以上を呈しうる。
【００１８】
一態様において、本発明は、基材と、第1の層と、第2の層と、を含む多層被覆材料を提供する。基材は、焼結多孔質高分子材料を含み、第1の層は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して基材の表面に結合された分子を含み、第2の層は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第1の層に結合された分子を含む。
【００１９】
特定の実施形態では、高分子材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、またはナイロンである。他の特定の実施形態では、ポリオレフィンは、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、またはそれらの混合物である。
【００２０】
一実施形態では、多層被覆材料の第1の層および第2の層の分子は、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せから選択される。
【００２１】
特定の高分子電解質としては、ホスフェート、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、ポリ(アクリル酸)、ポリメチルアクリル酸、ポリ(スチレン硫酸)、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)、ポリ(グルタミン酸)、界面活性剤、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、化学染料、タンパク質、酵素、核酸、ペプチド、ならびにそれらの塩、エステル、およびコポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
特定の中性ポリマーとしては、イソシアネート化末端ポリマー、エポキシ末端ポリマー、またはヒドロキシルスクシミド末端ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。中性ポリマーのより具体的な例としては、ポリウレタン、ポリ(エチレングリコール)、およびポリシロキサンが挙げられる。
【００２３】
特定の小分子としては、ナトリウムドデシルスルホネート、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ホスフェート、スルホネート、ブロナート、スルホネート、染料、脂質、金属イオン、またはフッ素含有界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
特定の生体分子としては、タンパク質、酵素、脂質、ホルモン、ペプチド、核酸、オリゴ核酸、DNA、RNA、糖、または多糖が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の多層被覆材料の他の特定の実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミドの分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)含有コポリマー、またはフッ素化界面活性剤のような界面活性剤の分子を含む。他の選択肢として、第1の層は、ポリアリルアンモニウムクロリドの分子を含み、第2の層は、ポリビニルスルフェートの分子を含む。
【００２６】
他の実施形態では、基材は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第2の層にまたは追加の層のうちの1層に結合された1層以上の追加の層でさらに被覆される。たとえば、基材は、ポリエチレンイミドの分子を含む第1の層と、ポリアリルアミンの分子を含む第2の層と、ポリエチレンイミド、ポリビニルアミン、または界面活性剤の分子を含む第3の層と、を有する3層で被覆することが可能である。
【００２７】
本発明の他の態様は、多層被覆材料の製造方法を提供する。本方法は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第1の層を基材の表面上に被覆することと、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第2の層を該第1の層上に被覆することと、を含む。
【００２８】
特定の実施形態では、本方法は、化学的処理、プラズマ放電、コロナ放電、電子ビーム、およびそれらの組合せ(ただし、これらに限定されるものではない)のような手段を用いて基材の表面を活性化することをさらに含む。
【００２９】
本方法で基材として使用しうる特定の材料としては、金属、合金、セラミック材料、ガラス、カーボン、シリコン、およびポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材は、中実(solid)であっても多孔質であってもよい。特定の基材材料は、焼結多孔質ポリマーである。
【００３０】
本方法で基材として使用しうる特定のポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、およびナイロンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリオレフィンの具体例としては、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
本方法の他の特定の実施形態では、第1の層および第2の層の分子は、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、およびそれらの組合せである。他の実施形態では、本方法は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の1層以上の追加の層を第2の層上にまたは追加の層上に被覆することをさらに含む。
【００３２】
5. 図面の簡単な説明
本発明の特定の新規な態様をよりよく理解するために、以下に記載の図を参照することができる。図面の簡単な説明については下記参照。
【００３３】
6. 詳細な説明
本発明は、部分的には、多層コーティングを有する材料に関し、とくに、多層コーティングを有する多孔質材料に関する。本発明はさらに、そのような材料の製造方法ならびに多孔質材料および中実材料の表面特性の改質方法に関する。本発明の特定の材料は、耐久性があり、制御されたウィッキング性ならびに特有な物理的および化学的表面特性を有する。
【００３４】
本発明の材料は、フィルター、フィルム、ラテラルフロー膜、コンジュゲートパッド、抽出材料、および血液分離材料として使用することができる。したがって、本発明の材料の用途としては、濾過および抽出デバイス、薄層クロマトグラフィーデバイスのようなクロマトグラフィーデバイス、ラテラルフローデバイス、フロースルーデバイス、高速スクリーニングデバイス、コンビナトリーケミストリーマトリックス、マイクロ流体デバイス、および細胞培養材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
本発明の特定の材料は、経済的にかつ/または終始一貫して作製することが可能であり、次の性質、すなわち、永続的な親水性または疎水性、高密度の官能基、制限された浸出、タンパク質および他の生体分子のようなさまざまな試薬への強力かつ/または特異的な結合能、制御可能かつ/またはより狭い分布の多孔度、制御可能かつ幅広いウィッキング速度、さまざまな用途に適した柔軟性のある強度のうちの1つ以上を呈しうる。
【００３６】
本発明の材料から種々の厚さおよび形状のシートまたは膜を作製することができる。特定の実施形態では、材料の厚さは、約1μm〜約10mmの範囲である。他の実施形態では、厚さは、約1μm〜約1mmの範囲である。より特定的には、厚さは、約10μm〜約500μmの範囲である。本発明の材料はまた、所望の特定のデバイスおよびアッセイに応じて、種々の形状に作製することができる。
【００３７】
他の特定の実施形態では、本発明の材料は、低い表面張力、たとえば、約50ダイン/cm未満、より典型的には、約40ダイン/cm未満の表面張力を有する。他の特定の実施形態では、材料は、湿潤剤を含むかまたは表面が活性化され、次に、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せの1層以上の層で被覆される。他の分子(たとえば、標的分子)を表面上に共有結合および/または静電結合させるために使用することのできる官能基を本発明の特定の材料の表面に結合させる。標的分子の例としては、酵素、タンパク質、細胞、核酸、ペプチド、リガンド、DNA、およびRNAが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
本発明の一実施形態により包含される材料を図1に例示する。この材料は、多層コーティングで被覆された少なくとも1つの表面を有する多孔質基材を含む。多層コーティングの各層は、中性であってもよいし(たとえば、図1Aに示されるように)、または局在化したおよび/もしくは正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷を含有していてもよい(たとえば、図1B、1C 、1D、1E、および1Fに示されるように)。層は、共有結合相互作用および/または静電相互作用により、基材表面におよび互いに固着させることが可能である。たとえば、基材に直接接触する層(第1の層)を形成する分子をその表面に共有結合させることが可能であり、第2の表面(第2の層)を形成する分子を静電相互作用により第1の表面に固着させることが可能である(たとえば、図1Bに示されるように)。他の想定しうる形態としては、第1の層が静電相互作用型/第2の層が共有結合型、第1の層が共有結合型/第2の層が共有結合型、第1の層が静電相互作用型/第2の層が静電相互作用型、第1および第2の層の両方が共有結合と静電相互作用との混合型である形態が挙げられる。各層を形成する分子が複数の共有結合相互作用および/または静電相互作用によりその下側の材料に結合することができるので、本発明の典型的な材料は、離層および/または解離に対して抵抗性をもつきわめて安定なコーティングを有する。
【００３９】
6.1. 材料
基材と多層コーティングとを含む本発明の材料は、以下で論述した材料(ただし、これらに限定されるものではない)から本明細書に記載の方法により作製することができる。
【００４０】
6.1.1. 基材
本発明の材料を提供するために使用することのできる基材は、中実であっても多孔質であってもよく、任意のさまざまな形状および形態をとりうる。たとえば、基材は、ブロック、フィルム、成形品、チューブ、繊維、およびシートであってもよい。好ましい多孔質基材は、約0.001μm〜約1000μm、より好ましくは約0.01μm〜約500μm、最も好ましくは約0.1μm〜約200μmの平均細孔サイズを有する。
【００４１】
中実基材および多孔質基材は、金属(たとえば、Cu、Ag、Au、Al、Zn、およびFe)、合金、ガラス、セラミックス、カーボンブラック、シリカ、シリコン、および高分子材料またはプラスチックのようなさまざまな材料で作製することができる。ただし、これらに限定されるものではない。本明細書中で使用する場合、「多孔質材料」または「多孔質基材」とは、織布の、不織布の、圧縮されたか、穿孔されたか、またはエッチングされた材料または基材のように、1つ以上の細孔をもつ表面または不均一であるか、波状であるか、もしくは平滑でもフラットでもない表面を有する材料または基材を意味する。
【００４２】
本発明の特定の基材は、焼結された多孔質の高分子またはプラスチックの材料である。多孔質高分子材料は、通常、焼結およびキャスティング(ただし、これらに限定されるものではない)のような当技術分野で公知の方法を用いてさまざまな熱可塑性および熱硬化性材料から作製することができる。本発明によれば、多孔質高分子材料は、本明細書に論述されるように、焼結法により作製される。したがって、基材に好適なポリマーは、シート状または膜状の多孔質材料を形成するように焼結することができるものである。好適な熱可塑性または熱硬化性材料の例としては、ポリオレフィン、ナイロン、ポリカーボネート、ニトロセルロース、繊維ガラス、およびポリ(エーテルスルホン)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
本発明に好適なポリオレフィンの例としては、エチレンビニルアセテート(EVA); エチレンメチルアクリレート(EMA); ポリエチレン、たとえば、限定されるものではないが、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、および超高分子量ポリエチレン(UHMWPE); ポリプロピレン; エチレン-プロピレンゴム; エチレン-プロピレン-ジエンゴム; ポリスチレン; ポリ(1-ブテン); ポリ(2-ブテン); ポリ(1-ペンテン); ポリ(2-ペンテン); ポリ(3-メチル-1-ペンテン); ポリ(4-メチル-1-ペンテン); 1,2-ポリ-1,3-ブタジエン; 1,4-ポリ-1,3-ブタジエン; ポリイソプレン; ポリクロロプレン; ポリ(ビニルアセテート); ポリ(ビニリデンクロリド); ポリ(ビニリデンフルオリド); ポリ(テトラフルオロエチレン); ならびにそれらの混合物および誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
特定のEVA材料としては、テキサス州ヒューストンのEquistarにより製造されているMicrothene MU(登録商標)およびMicrothene FE(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Microthene MU 763-00(9%ビニルアセテート)およびMicrothene FE 532-00(9%ビニルアセテート)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特定のEMA材料としては、ルイジアナ州バトンルージュのExxon Chemical Companyにより製造されているOptema TC(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Optema TC-110(21.5%メチルアクリレート)が挙げられるが、これに限定されるものではない。特定のポリエチレン材料としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているExact(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Exact SLX-9090、Exact 3024、Exact 3030、Exact 3033、Exact 4011、Exact 4041、Exact SLP-9053、Exact SLP-9072、およびExact SLP-9095が挙げられるが、これらに限定されるものではない。LDPEの特定例としては、デラウェア州ウィルミングトンのDuPont Chemical Companyにより製造されている20シリーズの材料、たとえば、20シリーズ20、20シリーズ20-6064、20シリーズ2005、20シリーズ2010、および20シリーズ2020Tが挙げられるが、これらに限定されるものではない。LLDPEの特定例としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているExact(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Exact 3022およびExact 4006が挙げられるが、これらに限定されるものではない。HDPEの特定例としては、Exxon Chemical Companyにより製造されているEscorene HX(登録商標)シリーズの材料、たとえば、Escorene HX-0358が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
超高分子量ポリエチレンとしては、約1,000,000よりも大きい分子量を有するUHMWPEが挙げられるが、これに限定されるものではない。典型的には、UHMWPEは、通常の試験手順で測定可能な流量(flow rate)を示さない。米国特許第3,954,927号を参照されたい。超高分子量ポリエチレンはまた、他のポリエチレンと比較して増強された機械的性質、たとえば、限定されるものではないが、耐摩耗性、耐衝撃性、および靭性を呈する傾向がある。1,000,000以上の重量平均分子量を有するポリエチレンは、UHMWPEと呼ばれるクラスに属し、典型的には、約8以上の範囲の固有粘度である。UHMWPEの特定例としては、テキサス州リーグシティーのTicona Inc.により販売されているHostalen GU（登録商標）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
ポリプロピレンとしては、オハイオ州アクロンのA Shulman Co.により製造されているPolyfort(登録商標)シリーズ、たとえば、FPP 2320E、2321E、2322E、2345E、PP2130、およびPP2258; ジョージア州アトランタのBP Amoco Corporationにより製造されているAcctuf(登録商標)シリーズ、たとえば、Acctuf 3045、Amoco 6014、およびAmoco 6015; ペンシルバニア州ピッツバーグの Aristech Chemical Corp.により製造されているAristech(登録商標)シリーズ、たとえば、D-007-2、LP-230-S、およびTI-4007-A; ミネソタ州セントポールのBASF Thermoplastic Materialsにより製造されているBorealiss(登録商標)シリーズ、たとえば、BA101E、BA110E、BA122B、BA204E、BA202E、およびBA124B; イリノイ州ショームバーグのChisso America Inc.により製造されているPolypro(登録商標)シリーズ、たとえば、F1177およびF3020; 日本国東京の三菱油化株式会社により製造されていNoblen(登録商標)シリーズ、たとえば、MA8; デラウェア州ウィルミントンのMontell USA Inc.により製造されているAstryn(登録商標)シリーズ、たとえば、68F4-4およびPD451; Montell USA Inc.により製造されているMoplen(登録商標)シリーズ、たとえば、D 50S、D 60P、およびD 78PJ; ならびにMontell USA Inc.により製造されているPro-Fax(登録商標)シリーズ、たとえば、6723、6823、および6824が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
本発明の特定の基材材料は、表面の活性化および/またはさまざまな材料の1層以上の層による被覆を行いうる焼結多孔質高分子材料である。したがって、その製造方法に応じて、多孔質高分子材料は、ランダムなおよび/もしくは明確に規定された直径ならびに/またはさまざまな形状およびサイズのチャネルおよび細孔の規則的配置を含有しうる。
【００４８】
実際問題として、「細孔」という用語は、種々の意味をもちうる人為的用語である。本発明によれば、材料中の細孔の平均サイズ、形状、および数は、材料の断面を調べることにより決定することができる。本発明の目的では、断面の穴および窪みは細孔とみなされる。また、それらの細孔の二次元のサイズおよび形状だけしか断面から決定することができないが、それらの第3の次元(たとえば、それらの深さ)に関する情報は、第1の断面に直交する第2の断面から決定することができる。このほか、平均細孔サイズ、細孔容積、および/または表面積は、水銀圧入ポロシメーターを用いて得られる測定値から推測することができる。本発明の目的では、たとえ細孔自体が必ずしも球形でなかったとしても、典型的には、平均直径により細孔サイズを表す。
【００４９】
多孔質高分子材料の細孔またはチャネルを形成するのに使用される特定の方法および得られる多孔質材料の多孔度(すなわち、平均細孔サイズおよび細孔密度)は、最終的な膜が使用される所望の用途に応じて変化させることが可能である。材料が異なればその物理的性質(たとえば、引張強度および耐久性)は異なった形で多孔度による影響を受ける可能性があるので、マトリックスの所望の多孔度はまた、高分子材料自体による影響を受ける可能性もある。
【００５０】
本発明の特定の多孔質高分子材料は、約0.1μm〜約200μm、より特定的には約1μm〜約50μmおよび約1μm〜約20μmの平均細孔サイズを有する。本発明の目的では、細孔サイズおよび細孔密度は、たとえば、水銀ポロシメーター、走査電子顕微鏡法、または原子間力顕微鏡法を用いて決定することができる。
【００５１】
先に述べた材料から本発明の多孔質高分子材料を作製することができるが、市販品として入手可能な多くの他の材料を本目的に使用することもできる。ジョージア州フェアバーンのPorex Technologiesから好適な基材を購入することができる。
【００５２】
6.1.2. コーティング
本発明の多層コーティングは、少なくとも2層を含み、その第1の層は、基材の表面に固着され(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)、その第2の層は、第1の層に固着される(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)。本明細書に開示されている方法および材料ならびに当業者に公知の方法および材料を用いて、追加の層を第2の層上におよび互いに固着させることができる(たとえば、共有結合によりおよび/または静電的に)。
【００５３】
アナライト検出のような多種多様な用途で使用するのに好適な材料を作製するために、本発明の基材を1層以上のコーティングで被覆することができる。特定の実施形態では、本明細書に論述されるように、被覆する前に焼結多孔質プラスチック基材の表面を活性化させる。
【００５４】
第1の層、第2の層、またはさらなる追加の層として使用しうる材料の例としては、荷電ポリマーまたは高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、およびそれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。荷電ポリマーのいくつかは、正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷または局在化したカチオン性もしくはアニオン性の電荷(たとえば、双性イオン)を含有するか、あるいは基材上および/または基材を被覆する層(複数も可)上に固着または堆積させたときに正味の電荷または局在化した電荷を提供することができる。たとえば、有機塩または無機塩から層を形成することができる。
【００５５】
本発明のコーティングを形成するのに使用することのできる有機材料としては、有機ポリマー、モノマー、および生体分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい有機材料は、正味のおよび/または局在化したカチオン性またはアニオン性の電荷を含有する。基材の表面に直接固着させるのに好ましい有機材料は、ポリマーであり、たとえば、限定されるものではないが、ホモポリマーおよびコポリマー(たとえば、ランダム、グラフト、およびブロックコポリマー)である。本発明でコーティングに使用されるポリマーは、約1,00〜約500万、好ましくは約10,000〜約200万の分子量を有する。
【００５６】
第1、第2、および追加の層を形成することができる材料の特定例は、正味のカチオン性もしくはアニオン性の電荷または局在化したカチオン性もしくはアニオン性の電荷(たとえば、双性イオン)を含有する材料あるいは基材上および/または基材を被覆する層(複数も可)上に固着または堆積させたときに正味の電荷または局在化した電荷を提供することができる材料である。たとえば、有機塩または無機塩から層を形成することができる。
【００５７】
基材の表面に直接固着させるために使用しうる材料としては、ポリマー、たとえば、限定されるものではないが、ホモポリマーおよびコポリマー(たとえば、ランダム、グラフト、およびブロックコポリマー)が挙げられる。本発明でコーティングに使用されるポリマーは、約1,00〜約500万、好ましくは約10,000〜約200万の分子量を有する。
【００５８】
本発明の特定の実施形態では、第1の層および第2の層の材料としては、独立して、1種以上の界面活性剤、ホスフェート、ポリエチレンイミド(PEI)、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、ポリ(アクリル酸)(PAA)、ポリメチルアクリル酸、ポリ(スチレン硫酸)、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)、ポリ(グルタミン酸)、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、化学染料、タンパク質、酵素、核酸、ペプチド、またはそれらの塩もしくエステルが挙げられる。より特定的には、第1の層の材料としては、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルピロリドン)、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００５９】
カチオン性電荷を含有するポリマーまたはコポリマーの例としては、窒素およびリンの第四級基を含有するもの、第一級および第二級アミン基を含有するポリマーが挙げられる。これらのポリマーは、溶液中において特定の範囲のpHで荷電しうる。特定の例としては、界面活性剤、ポリエチレンイミド(PEI)、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、およびそれらの塩が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６０】
アニオン性電荷を含有するポリマーまたはコポリマーの例としては、ポリ(アクリル酸)(PAA)およびそのナトリウム塩、ポリメチルアクリル酸およびそのナトリウム塩、ポリ(スチレン硫酸)(PSSA)およびそのナトリウム塩、スルホン化基またはカルボン酸基を含有するセルロース、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)およびエステル、ポリ(グルタミン酸)、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸(hyaluric acid)、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、ナトリウムカルボキシメチルセルロース(CMC)、アニオン性荷電ポリマー界面活性剤、およびリン酸基を含有する分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６１】
カチオン性部分とアニオン性部分の両方を有するポリマーおよびコポリマーを使用して本発明の材料を提供することもできる。たとえば、ポリマーの繰返し単位の約1〜約99パーセント、好ましくは約20〜80パーセントは、カチオン性部分を含有することができる。両性ポリマー(すなわち、繰返し単位の約50パーセントがカチオン性基を含有し約50パーセントがアニオン性基を含有するポリマー)を使用することもできる。ポリマーおよびコポリマーは、さまざまな電荷密度(すなわち、繰返し単位の数に対する電荷の比)を有しうる。たとえば、約1〜100パーセント、好ましくは約20〜約100パーセントの電荷密度を有するポリマーを使用することができる。
【００６２】
中性ポリマー、とくに、本明細書に述べたような条件下で他の層の成分とまたは基材表面と共有結合を形成することのできるポリマーを用いて、本発明の多層コーティングを形成することもできる。そのような中性ポリマーの例としては、ポリウレタンとポリ(エチレングリコール)(PEG)とを含むイソシアネート化末端ポリマー; PEGとポリシロキサンとを含むエポキシ末端ポリマー; およびヒドロキシルスクシミド末端ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６３】
小分子を用いて本発明の層およびコーティングを提供することもできる。本発明により包含される特定の小分子は、約10〜約10,000の分子量を有する。より特定的には、小分子の分子量は、約50〜約2,000および約50〜約1,000の範囲である。好ましい小分子は荷電している。小分子の例としては、s界面活性剤、たとえば、zonyl界面活性剤(DuPont)、SURFYNOL(Air product)、FLUORAD(3M)、ナトリウムドデシルスルホネート(SDS)、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB)、ホスフェート類、スルホネート類、ブロナート類、スルホネート類、染料、脂質、および金属イオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。小分子には、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、およびフッ素含有界面活性剤のような他の特定の界面活性剤も包含される。
【００６４】
本発明のコーティングは、生体分子から作製することもできる。好ましい生体分子は、正味の電荷または局在化した電荷を含有する。生体分子の例としては、タンパク質、酵素、脂質、ホルモン、ペプチド、核酸、オリゴ核酸、DNA、RNA、糖、および多糖が挙げられるが、これらに限定されるものではない。タンパク質の例としては、免疫グロブリンG(IgG)およびアルブミン、たとえば、ウシ血清アルブミン(BSA)およびヒト血清アルブミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
6.2. 材料の作製方法
本発明の材料は、本明細書に記載の方法を用いて容易に調製することができる。特定の方法では、当技術分野で公知の化学的処理法、プラズマ法、電子ビーム(eビーム)法、および/またはコロナ放電法を用いて、基材の表面を活性化する。この活性化を行うと、化学結合が開裂して、ヒドロキシ基、アミン基、およびカルボン酸基(ただし、これらに限定されるものではない)のような親水性および/または化学活性部分を形成することにより、表面が改質される。もちろん、形成される特定の基は、基材表面の化学組成ならびにそれを活性化させるのに用いられる方法および条件に依存する。多くの場合、疎水性プラスチック表面を活性化させると、親水性の帯電した表面が提供される。
【００６６】
基材表面を活性化するのに使用することのできる種々の方法のうち、プラズマ処理およびコロナ放電が、プラスチックとくに多孔質プラスチックの活性化に好適である。負に荷電した多孔質プラスチック表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アルゴン、酸素、窒素、メタノール、エチレンオキシド、およびアセトンのプラズマが挙げられるが、これらに限定されるものではない。正に荷電した表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アンモニアおよびエチレンジアミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材の組成、そのサイズ、および使用する特定のプラズマに依存して、所望の表面を得るのに必要な時間は変化する。典型的な時間は、約1分間〜約1時間の間でケースごとに様々であり得る。同様に、所望のプラズマを得るのに必要な電力は、典型的には、約50W〜約1000Wの間でケースごとに様々であり得る。
【００６７】
6.2.1. 焼結
本発明の特定の実施形態では、焼結により作製された多孔質プラスチック基材を使用する。本発明の焼結多孔質高分子材料を形成するために、多孔質ポリマーを作製するための多くの好適な焼結方法を使用することができる。焼結は、ポリマー粒子のような個別粒子を熱により融着一体化させるプロセスである。たとえば、最初に、ポリマー粒子を成形型または他の容器もしくは支持体に充填することができる。次に、通常、粒子の外表面またはシェルだけを融解させる温度まで粒子を加熱する。次に、この温度で粒子を融着一体化させ、そして室温のようなより低い温度まで冷却させて焼結製品を形成する。
【００６８】
特定の実施形態では、たとえば、1999年11月23日に出願されたYaoらの米国特許出願第09/447,654号に開示されているように水面下でペレット化させることにより、高分子粒子を作製する。その文献の内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、最初に、高分子材料(たとえば、第6.1節に述べたようなポリマーの粒子)および他のオプションの材料(たとえば、湿潤剤および界面活性剤)を含む混合物を形成する。材料は、好ましくは、粉末形態である。混合物全体にわたり確実にそれぞれが一様に分布するように、材料を混合する。次に、場合により加圧下で、混合物を焼結温度まで加熱して、焼結多孔質高分子材料を得る。
【００７０】
当業者には当然のことながら、多孔質高分子材料の平均細孔サイズが、少なくともある程度は、高分子材料の平均粒子サイズ、焼結温度、および焼結時に混合物に加わる圧力(加圧する場合)に依存する。他のオプションの材料(存在する場合)の粒子が多孔質材料の平均細孔サイズよりも小さければ、粒子は焼結プロセス時に材料の細孔内に閉じ込められて、その細孔の壁に固着する可能性がある。他のオプションの材料(存在する場合)の粒子が多孔質材料の平均細孔サイズよりも大きければ、粒子は混在物として多孔質材料内に組み込まれるであろう。
【００７１】
焼結は、中実支持体上または成形型内で行うことが可能であり、そこで得られた最終生成物は、所望の形状の部片にカットすることが可能である。セルフシーリング媒体の所望の形状が複雑である場合、成形型を使用することが好ましい。
【００７２】
6.2.2. 表面の活性化
いくつかの基材の表面を被覆するために、コーティングを施す前に表面を活性化させることが好ましい。
【００７３】
化学的処理、プラズマ放電、電子ビーム(eビーム)放電、およびコロナ放電(ただし、これらに限定されるものではない)のような当技術分野で公知の1つ以上の方法を用いて、基材の表面を活性化させることができる。この活性化を行うと、たとえば化学結合が開裂して、ヒドロキシ基、アミン基、およびカルボン酸基(ただし、これらに限定されるものではない)のような親水性および/または化学活性部分を形成することにより、基材の表面が改質される。当業者には当然のことながら、形成された特定の官能基は、基材表面の化学組成ならびにそれを活性化させるのに用いられる方法および条件に依存する。多くの場合、疎水性プラスチック表面を活性化させると、通常、親水性の帯電した表面が提供される。
【００７４】
高分子材料の表面を活性化するのに使用することのできる種々の方法のうち、プラズマ処理およびコロナ放電が、本発明の基材を活性化させるにとくに適している。負に荷電した多孔質プラスチック表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アルゴン、酸素、窒素、メタノール、エチレンオキシド、およびアセトンのプラズマが挙げられるが、これらに限定されるものではない。正に荷電した表面を提供するのに使用することのできるプラズマとしては、アンモニアおよびエチレンジアミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。基材の組成、そのサイズ、および使用する特定のプラズマに依存して、所望の表面を得るのに必要な時間は変化する。典型的な時間は、約1分間〜約1時間の間でケースごとに様々であり得る。同様に、所望のプラズマを得るのに必要な電力は、約50W〜約1000Wの間でケースごとに様々であり得る。
【００７５】
6.2.3. コーティング
本発明の基材は、表面の活性化の有無にかかわらず、種々の材料で被覆することが可能である。基材が焼結多孔質高分子材料である場合、基材は、製造/焼結プロセス時に添加された固体の湿潤剤をすでに含有していてもよい。本発明で使用するのに好適な湿潤剤としては、界面活性剤および親水性ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００７６】
湿潤剤はまた、ディップ法、スプレー法、および/またはリンス法(ただし、これらに限定されるものではない)のような溶液被覆法により基材の表面上に被覆することも可能である。
【００７７】
とくに、被覆法としては、溶液中への基材のディッピング/浸漬が挙げられる。当業者には当然のことながら、被覆プロセスに使用される手段および継続時間は、特定の材料および関与する湿潤剤に依存する。典型的には、約0.5〜約50分間の継続時間で被覆(たとえば、浸漬)を行えば、コーティングを提供するのに十分である。特定の場合には、約2〜約20分間または約2〜約10分間の被覆継続時間であれば十分である。次に、被覆後、材料の乾燥および/またはすすぎを行うことが可能であり、その後、所望により、再び被覆を行うことも可能である。
【００７８】
本発明の特定の実施形態では、基材として使用される焼結多孔質高分子材料は、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せで被覆される。より特定的には、被覆する前に高分子材料の表面を活性化させる。
【００７９】
表面が活性化された基材は、基材の表面上に第1の層を形成するのに用いられる材料(複数も可)の溶液に接触させる。特定の好適な溶液は、カチオン性またはアニオン性ポリマーの溶液である。溶液は水性であってもよいが、有機溶媒を使用することも可能である。特定例は、水、エタノール、イソプロパノール、およびそれらの混合物の溶液である。基剤表面上に第1の層を形成するのに十分な時間および十分な温度で、活性化基材と溶液との接触を保持する。とくに、基材表面上の官能基と溶液中の分子との間の共有結合および/または静電相互作用の形成によりに、層を形成する。
【００８０】
基材表面上の官能基と溶液中の分子との間の相互作用は、使用する溶媒のタイプ、温度、pH、およびカップリング剤(たとえば、DCCおよびEDC)の添加により調整することができる。たとえば、pHおよびカップリング剤濃度を高くすると、基材とコーティングの第1の層との間の共有結合形成を促進することができる。
【００８１】
得られた被覆基材を溶液から取り出した後、たとえば、超音波浴中において脱イオン水で洗浄する。典型的な洗浄時間は、溶媒および第1の層を形成するのに使用する材料(複数も可)に依存してケースごとに異なるが、多くの場合、約10分間以下である。場合により、洗浄された単層被覆基材を乾燥させることができる(たとえば、高温で)。高温により共有結合の形成が促進される。
【００８２】
次に、単層被覆基材を第2の溶液に接触させる。好ましくは、この第2の溶液は、第2の層が静電相互作用を介して第1の層に固着するように、第1の層を形成する電荷と反対の電荷をもつ分子の溶液である。しかしながら、第2の層を形成するのに使用される分子上の官能基と、活性化を行ってまたは行わずに、反応することができる官能基を有する分子から第1の層を形成することも可能である。得られた二層被覆基材を第2の溶液から取り出した後、好ましくは、洗浄し、乾燥させる(たとえば、高温で)。
【００８３】
第1および第2の層を形成することができる溶液の特定例としては、約10ppm〜約100,000ppmの濃度の高分子電解質溶液が挙げられるが、これに限定されるものではない。当業者には当然のことながら、特定の溶液の濃度はいずれも、ポリマーの分子量、所与の層を作製するのに用いられる分子の電荷密度、およびタイプに依存する。より高分子量の分子の溶液は、一般的には、より低分子量の分子の溶液よりも低い濃度を必要とする。同様に、高イオン密度ポリマーは、典型的には、より低い溶液濃度を必要とする。一般的には、とくに、媒体が低いイオン強度である場合、生体分子は、反対電荷を有する表面上に強く固定される。
【００８４】
静電相互作用は、とくに複合体形成時、異なる電荷を有する高分子電解質間における最も重要な相互作用の1つである。異なる高分子電解質は、それらの官能基間で共有結合を形成することもできる。たとえば、PEI中のアミノ基は、PAA中のカルボン酸基とアミド結合を形成することができる。また、共有結合の形成、強度、および耐久性は、溶媒のタイプ、温度、pH、およびカップリング剤に依存する。PEIおよびPAAとカップリング剤との比もまた、形成される共有結合のパーセントに影響を及ぼすであろう。そのような反応を促進するために、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)および1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)のようなカップリング試薬を使用することができる。
【００８５】
さまざまなコーティングの想定しうる形態の例としては、基材と第1の層との間が静電相互作用かつ第1の層と第2の層との間が共有結合；基材と第1の層との間が共有結合かつ第1の層と第2の層との間が共有結合；基材と第1の層との間が静電相互作用かつ第1の層と第2の層との間が静電相互作用；および両方のコーティングが共有結合と静電相互作用との混合である形態が挙げられる。各層を形成する分子が複数の共有結合相互作用および/または静電相互作用によりその下側の材料に結合することができるので、本発明の典型的な材料は、離層および/または解離に対して抵抗性をもつきわめて安定なコーティングを有する。さらに、本発明の多層コーティングの安定性が高いので、コーティングの溶解度が低くなり、したがって、浸出の少ないコーティングが提供される。
【００８６】
表面が活性化されかつ2層の逐次被覆層をさらに含有する基材であることを特徴とする本発明の特定の一実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミド(PEI)の分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)含有コポリマー、またはフッ素化界面活性剤のような界面活性剤の分子を含む。他の選択肢として、第1の層は、ポリアリルアンモニウムクロリドの分子を含み、第2の層は、ポリビニルスルフェートの分子を含む。特定の界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、およびフッ素含有界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８７】
場合により表面を活性化させ、表面上に層を形成するのに十分な条件下で1種以上の化合物の溶液にそれを接触させるプロセスを繰り返すことにより、3層以上のコーティングを得ることができる。したがって、さまざまな厚さ、密度、および均一性の多層コーティングをさまざまな基材の表面に固着させることができる。
【００８８】
たとえば、本発明の一実施形態では、焼結多孔質高分子材料のような基材は、表面が活性化されており、2層の逐次被覆層をさらに含有する。基材は、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して第2の層にまたは追加の層に結合された1層以上の追加の層でさらに被覆される。高分子材料が3層で被覆されていることを特徴とする特定の実施形態では、第1の層は、ポリエチレンイミドの分子を含み、第2の層は、ポリ(アクリル酸)の分子を含み、第3の層は、ポリエチレンイミド、ポリビニルアミン、または界面活性剤の分子に含む。
【００８９】
本発明の材料を製造するには、しばしば、基材の表面上に官能基を形成することが必要である。しかしながら、本発明の多くの材料の有用性はまた、最終生成物の表面上の化学成分の数およびタイプにも依存する可能性がある。本発明の方法によれば、さまざまな化学反応性官能基を有する基材を提供することができる。一例として、プラスチック(たとえば、多孔質プラスチック)基材の表面上に導入することができる官能基としては、中性pHで正に荷電しうるアミノ基(第一級、第二級、および第三級アミンを含む)が挙げられる。アミノ官能性多孔質材料は、PEIまたは他のアミノ基含有高分子電解質を多孔質材料上に被覆すること、プラズマ、eビーム、またはコロナグローで材料を予備活性化すること、PEIおよび他のアミノ含有正電荷高分子電解質のようなアミノ含有高分子電解質で多孔質材料を溶液処理すること、またはPAAのような負荷電高分子電解質ですでに被覆されている多孔質材料をアミノ含有正電荷電解質で溶液処理すること、により製造することができる。
【００９０】
PAAまたは他のカルボン酸含有高分子電解質の溶液で正荷電多孔質材料を処理することにより、カルボン酸基を多孔質材料上に導入することができる。典型的には、正に荷電した材料は、正に荷電した高分子電解質で処理されたものであるかまたはアンモニア溶液もしくはアンモニアプラズマで活性化させたものである。
【００９１】
PSSAまたは他の硫酸含有高分子電解質の溶液で正荷電多孔質材料を処理することにより、硫酸官能基を多孔質材料上に導入することができる。典型的には、正に荷電した材料は、正に荷電した高分子電解質で処理されたものであるかまたはアンモニア溶液もしくはアンモニアプラズマで活性化させたものである。
【００９２】
反対電荷をもつ官能基を含有するPEG分子で荷電多孔質材料を処理することにより、ポリ(エチレングリコール)(PEG)分子を荷電多孔質材料上に被覆することができる。たとえば、カルボン酸官能基を有するPEG分子をPEIで被覆された多孔質材料上に被覆することができる。
【００９３】
生体分子を本発明の基材上に被覆することもできる。たとえば、多孔質材料と比較して反対の電荷を含有するビオチン誘導体で荷電多孔質材料を処理することにより、アビジンおよびストレプトアビジンに特異的に結合しうる小さい生体分子であるビオチンを多孔質材料上に導入することができる。
【００９４】
多くの多糖は、電荷を含有し、細胞の増殖および採取を行うための良好なマトリックスを提供することができる。反対に荷電した多孔質材料を多糖で処理することにより、ヘパリン、キトサン、およびCMCのような荷電多糖を多孔質材料上に導入することができる。
【００９５】
反対電荷を含有するフルオロアルキル分子で荷電多孔質材料を処理することにより、ペルフルオロアルキル基のようなフルオロアルキル基を多孔質材料に結合することができる。
【００９６】
6.3. 材料の特性および試験
本発明の好ましい実施形態は、基材とポリマーの少なくとも2層のコーティング層とを含み、一方のポリマーは、カチオン性電荷を含有し、他方のポリマーは、アニオン性電荷を含有する。たとえば、PEIとPAA、PEIとPSSA。理論により限定されるものではないが、第2の反対に荷電した層を第1の層に固着させることにより、2層間の多数の静電相互作用および材料の低い溶解性に起因して、第1の層が単独のときよりも実質的に安定したコーティングを提供できると考えられる。
【００９７】
本発明にはまた、基材(好ましくは、多孔質プラスチック基材)の表面に固着された3層以上の多層コーティングを有する材料が包含される。そのような多層複合体は、たとえば、反対電荷をもつ化合物を繰り返して適用することにより構築することができる。そのような複合体の例としては、PEI/PAAIPEI/PAA/...、PEI/PAA/ポリアリルアミド/ポリスチレンスルホネート/...、PEI/タンパク質/PAA/タンパク質/...、およびPEI/生体分子/PAA/生体分子/...が挙げられるが、これらに限定されるものではない。(ここで、「...」は、追加の層が存在可能であることを示す)。
【００９８】
特定の材料が利用される用途に応じて、多種多様な小分子および大分子を用いることにより、本発明のコーティング層を提供することができる。そのような分子のいくつかのクラスの種々の作用について以下で論述する。
【００９９】
6.3.1. 金属イオン
荷電ポリマーをベースとする第1の層により提供されるマトリックス内に小さい金属イオンおよび有機イオンを固定化することができる。多くの金属イオンは、PEIまたはPAAと複合化させることが可能であり、いくつかのイオン(とくに高荷電イオン)は、本発明の材料の層内に固定化させることが可能である。そのような複合体の例としては、PEI/PAA/金属イオン/PEI/...およびPEI/アニオン性イオン/PEI/...が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１００】
ほとんどの高分子電解質は重金属イオンに対する優れた配位剤(coordinator)であるので、本発明の材料は、重金属イオンが閉じ込められたカチオン性またはアニオン性ポリマーの層を含みうる。無機イオンを用いることにより、多孔質材料上にさまざまな高分子電解質層を橋絡させることができる。例としては、PEI/ネイティブ(native)電荷イオン/PEI/負電荷イオン/PEIおよびPEI/PAA/正電荷イオン/PAA/正電荷イオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。表1は、銅イオンが本発明の多孔質プラスチックベースの材料の色に及ぼしうる影響を示している。
【表１】
6.3.2. 染料分子
1層以上のコーティング層内に組み込まれるかまたは1層以上のコーティング層を形成するのに使用される小分子としては、有機および無機の染料、とくに電荷を有する染料が挙げられる。そのような染料は、化学反応、pH、および他の環境条件のインジケーターとして有用な材料を提供するために使用することができる。
【０１０２】
ほとんどの染料分子は荷電分子であり、高分子電解質との強い相互作用を有する。高分子電解質コーティングを介して多孔質材料上に染料分子を固定化することができる。固定された染料により、多孔質材料に所望の色および光学的性質を付与することができる。多孔質材料上に固定された染料の色変化により、センサーとして多孔質材料を使用する応用の可能性が得られる。
【表２】
6.3.3. 界面活性剤
小さい荷電有機界面活性剤を本発明の材料に組み込むことも可能であり、これを用いることにより、疎油性多孔質材料を提供したり、さまざまな溶媒において多孔質材料のウィッキング速度を制御したりすることができる。界面活性剤と荷電ポリマーとを組み合わせることにより、浸出をほとんど示さない安定な疎油性表面を得ることができる。
【０１０４】
PEI被覆多孔質材料のように正の高分子電解質で被覆された多孔質プラスチック上に、負電荷を有する小分子界面活性剤を固定化することができる。PAA被覆多孔質材料のように負の高分子電解質で被覆された多孔質プラスチック上に、正電荷を有する小分子界面活性剤を固定化することができる。
【０１０５】
負、正、または複合の高分子電解質を含めて、いかなる種類の高分子電解質で被覆された多孔質材料上にも両性小分子界面活性剤を固定化することができる。
【表３】
6.3.4. 生体分子
生物学的分子(「生体分子」)を用いて中実基材上および多孔質基材上に1層以上のコーティング層を形成することも可能であり、それにより、アフィニティー結合アッセイ、PCR基板、および薬物送達デバイス(ただし、これらに限定されるものではない)のような用途に有用な材料を提供することができる。本発明の目的の範囲内で、生体分子としては、タンパク質、酵素、ペプチド、DNA、およびRNAが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい生体分子は、基材考案物に結合された第1の層または後続の層に静電的に固着させうる局所的に荷電した生体分子である。生体分子は、荷電した第1の層または後続の層の表面上に吸着させるか(すなわち、本発明の材料の最外層を形成する)、基材に直接固着させて材料の第1の層を形成するか、または2層以上の層間に閉じ込めることが可能である。もちろん、本発明の材料を提供するのに使用しうる他の分子のいずれを用いる場合でも同じであるが、特定の生体分子をどのように材料に組み入れるかまたは材料のどこに組み入れるかは、材料の使用目的および生体分子自体(たとえば、そのサイズ、構造、および電荷)に依存する。
【０１０７】
たとえば、負電荷を有する生体分子は、PEIのように正に荷電した表面層上に直接吸着させることが可能であり、PAAまたはPEIのような高分子電解質の他の層でさらに安定化させることが可能である。負荷電生体分子はまた、本発明の基材の上側の第1のまたは後続のコーティング層を形成するのに使用されるPAAと溶液状態で混合することも可能である。そのような混合物を用いれば、本発明の材料を形成する生体分子の化学的および物理的(たとえば、浸出に対する感受性)安定性を増大させることができる。同様に、個別のカチオン性末端とアニオン性末端とを有する生体分子を組み入れてPEI/生体分子/PAA(ただし、これに限定されるものではない)のような複合体にすることができる。
【０１０８】
本発明の方法を用いて複数の生体分子ベースの層を作製することも可能である。例としては、PEI/負荷電生体分子/PEI/負荷電生体分子/...およびPEI/PAA/正荷電生体分子/PAA/正荷電生体分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１０９】
6.4. 用途
本発明の材料は多種多様な用途を有する。たとえば、本発明の特定の材料は、安定で均一なウィッキング速度を呈し、純水中で限られた浸出を示す。そのような材料は、濾過デバイスおよび他の液体供給デバイスで使用することができる。
【０１１０】
本発明はさらに、疎油性被覆材料を包含する。たとえば、高分子電解質(たとえば、PEI)の第1のコーティングと、電荷を含有するフッ素化界面活性剤から作製された反対に荷電した第2のコーティングと、を有する多孔質プラスチックを、本発明の方法により作製することが可能である。そのような材料は、エアレーションデバイスおよび空気は透過させるが液体は透過させない他のデバイスで使用することが可能である。
【０１１１】
本発明の材料はまた、生体分子をはじめとする種々の分子の送達、スクリーニング、抽出、分離、または精製を促進するために使用することができる。たとえば、多孔質プラスチックベースのPEI/PAA材料の生体分子結合能は、溶液媒体にかなり依存し、したがって、溶液から特定の生体分子を抽出するために使用することができる。本発明の材料からの生体分子の放出もまた、pHおよびイオン強度(ただし、これらに限定されるものではない)のような周囲の溶媒条件に従って制御することが可能である。したがって、本発明の材料は、生体分子精製、DNA/RNA抽出、生体流体精製、ラテラルフローデバイス、マイクロ流体デバイス、および高速スクリーニングデバイスで使用することができる。
【０１１２】
本発明の材料はまた、化学浸出および汚染が許容できない医療用途をはじめとするさまざまな用途でフィルターとして使用することができる。本発明の多孔質プラスチックベースのPEI/PAA材料は、水溶液中で限られた浸出を示す。クロマトグラフィーは、本発明の材料を利用することのできる他の用途である。たとえば、HPLC装置中およびTLCプレート中の不純物および夾雑物を除去するのに有用なプレカラムを作製するために材料を使用することができる。イオン交換カラムとして材料を使用することもできる。本発明の材料を利用することのできる用途の最後の例は、限定されるものではないが、導電性多孔質プラスチックを必要とする任意の用途である。そのようなプラスチックは、ケミカルアッセイおよびバイオアッセイの技術にとくに有用であり得る。
【実施例】
【０１１３】
7. 実施例
7.1. 実施例 1: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EURO PLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%または1% PAA(Aldrich, 523925, MW 250,000)の特定濃度を有するエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１４】
7.2. 実施例 2: 親水性表面
200ワット、2分間の条件で、コロナ放電(Corotech, Corotreator)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%または1%のPAA(Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１５】
7.3. 実施例 3: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ-DL-アスパラギン酸ナトリウム塩(Sigma, 47789-3, MW 3000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１６】
7.4. 実施例 4: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%の(スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)ナトリウム塩(Sigma, 43455-8, MW 20,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１７】
7.5. 実施例 5: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１８】
7.6. 実施例 6: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.01%のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(Sigma, 41913-1, MW 250,000)を含む0.01M PBS溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１１９】
7.7. 実施例 7: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.01%のキトサン(Sigma, 448 87-7)を含む10%酢酸水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.01%のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(Sigma, 41913-1, MW 250,000)を含む0.01M PBS溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２０】
7.8. 実施例 8: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、アンモニアプラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPEI (BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２１】
7.9. 実施例 9: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ジアリルジメチルアンモニアクロリド)(Sigma, 40903-0, MW 500,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２２】
7.10. 実施例 10: 親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のポリ(アリルアミン塩酸塩)(Sigma, 28322-3, MW 15,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(ビニル硫酸ナトリウム塩)(Sigma, 27842-4)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２３】
7.11. 実施例 11: 多層正荷電親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EURO PLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。このPAA被覆多孔質材料を0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２４】
7.12. 実施例 12: 多層負荷電親水性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROplasma CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。このPAA被覆多孔質材料を0.1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、このPEI被覆多孔質プラスチックシートを0.1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２５】
7.13. 実施例 13: 疎油性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２６】
7.14. 実施例 14: 疎油性表面
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のペルフルオロ-1-オクタンスルホン酸テトラエチルアンモニウム塩(Sigma, 36528-9)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２７】
7.15. 実施例 15: 半導電性多孔質プラスチック
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のポリ(アニリンスルホン酸)(Sigma, 52328-3, MW 10,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２８】
7.16. 実施例 16: 共有結合高分子電解質複合体
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROplasma CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、0.1% PAA(Sigma(MW 250,000)、0.2% ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(Sigma, D8000-2)の特定濃度を有するDMF溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１２９】
7.17. 実施例 17: アニオン性染料分子で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%アニオン性染料(たとえば、Ponceau Sナトリウム塩(Sigma, P3504))を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３０】
7.18. 実施例 18: カチオン性染料分子で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。次に、被覆多孔質材料を、0.1%カチオン性染料(たとえば、アクリジンオレンジ(Sigma, 6014))を含むエタノール水溶液中に浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３１】
7.19. 実施例 19: ポリエチレングリコールで被覆された材料 ( イオン相互作用 )
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PEG-プロピオン酸(Shearwater, 2M3T0P01)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３２】
7.20. 実施例 20: ポリ ( エチレングリコール ) で被覆された材料 ( 共有結合相互作用 )
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、1% PEG-プロピオン酸(Shearwater, 3M3T0F02)、1% ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(Sigma, D8000-2)を含むDMF溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３３】
7.21. 実施例 21: アニオン性界面活性剤で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%ドデシル硫酸ナトリウム(Aldrich, 7 1726F)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３４】
7.22. 実施例 22: カチオン性界面活性剤で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1% PAA (Sigma, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済のシートは室温で乾燥した。次に、被覆多孔質材料を、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB) (Aldrich, (26876-3)を含むエタノール-水溶液中に浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３５】
7.23. 実施例 23: ビオチンで被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積30%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%スルホ-NHS-LC-LC-ビオチン(Pierce, 21338)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３６】
7.24. 実施例 24: 脂質で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを、0.1% Fumonisin B 1 (Sigma, F 1147)またはL-リゾホスファチジン酸(Sigma, L7260)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３７】
7.25. 実施例 25: 核酸で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを0.1%グアノシン5'-三リン酸ナトリウム塩(Sigma, G8877)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。被覆シートを100倍の水で5分間洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１３８】
7.26. 実施例 26: タンパク質で被覆された材料
100ワット、120mmHg、5分間の条件で、酸素プラズマ(EUROPLASMA, CD 600PC)を用いて、Porex Corporation製の多孔質プラスチックシート(細孔サイズ7ミクロン, 細孔容積35%)を予備活性化させた。シートは親水性になり、60秒/4cmのウィッキング速度を有する。予備活性化された多孔質プラスチックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAAナトリウム塩(aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。処理済の部片を0.1%ヤギIgG(Sigma, I5256) 中に室温で2時間浸漬させた。次に、多孔質材料を脱イオン水で1分間かけて3回すすいだ。最終生成物を室温で乾燥させた。
【０１３９】
7.27. 実施例 27: セラミック多孔質材料用の親水性表面
多孔質セラミックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４０】
7.28. 実施例 28: 金属多孔質材料用の親水性表面
多孔質金属シートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のPAA (Aldrich, 523925, MW 250,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４１】
7.29. 実施例 29: 疎油性セラミック材料
多孔質セラミックシートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４２】
7.30. 実施例 30: 疎油性金属材料
多孔質金属シートを1%のPEI(BASF, MW 750,000)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。次に、超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水ですすいだ。この洗浄を3回繰り返した。次に、すすいだ多孔質プラスチックシートを1%のFSP (DuPont)を含むエタノール-水溶液中に10分間浸漬させた。超音波浴(VWR)中、室温、5分間の条件で、被覆シートを100倍の水で洗浄した。この洗浄を3回繰り返した。処理済シートを室温で乾燥させた。
【０１４３】
7.31. 実施例 31: ウィッキング特性
ウィッキング速度を試験することにより本発明の種々の多孔質材料の親水性を調べることができる。たとえば、試験片(0.5×5cmストリップ)の一方の末端を深さ0.5cmの試験溶液中に浸漬する。特定の溶液がストリップの特定の長さ(たとえば、4cm)を上昇するのに要する時間を測定することができる。標準的接触角測定を用いて、ウィッキングを起こさない材料の疎水性を決定することができる。
【０１４４】
PEI/PAA系で処理したT3材料のウィッキング速度および安定性を系統的に試験した。結果からわかるように、プラズマ/PEI/PAA系で処理したT3材料は、酸素プラズマ処理されたプラズマ/PEI処理およびプラズマ/PAA処理のT3材料よりも脱イオン水のウィッキング速度が速かった。最も重要な改良は、ウィッキング速度の安定性に由来する。プラズマ処理だけを施したT3材料は、室温または高温における保存時に疎水性に戻る。PEIまたはPAAの単独処理により、T3材料のウィッキング安定性が改良されるであろうが、高温下では、依然として、部分的にウィッキング速度が低下する。PEI/PAA系で処理したT3材料は、高温下でさえも、非常に安定したウィッキング速度を示す。
【表４】
このほか、PEIと複合化された種々の高分子電解質に対して秒/4cm単位で測定したウィッキング速度を図2に示す。図2で使用した高分子電解質は、ポリ(スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)(PSSA-co-MA)、ポリ(ナトリウム-4-スチレンスルホネート)(PS-4-SS)、ポリ(スチレン-alt-マレイン酸)(PS-alt-MA)、ポリ(ビニルアルコール-co-ビニルアセテート-co-イタコン酸)(PVA-co-VA-co-IA)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸モノエチルエステル)(PMVA-alt-MAME)、ポリ(ビニルスルホン酸)(PVSA)、ポリ(スチレン-co-マレイン酸)(PS-co-MA)、およびポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)(PMVE-alt-MA)である。
【０１４６】
7.32. 実施例 32: 耐浸出性
浸出は、多孔質材料に対する表面改質材料および添加剤でよく見うけられる現象である。被覆に用いられた分子が浸出すると、濾過デバイスの寿命が短くなったり、高度に調節された医療用デバイスおよび高感度のクロマトグラフィーの分野における多孔質材料の適用が制限されたりするであろう。さまざまな分析法を用いてさまざまな分子の浸出を定量することができる。浸出を測定するのに使用することのできる方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
【０１４７】
(i) 高分子電解質: 高分子電解質および他の分子の浸出量の定量は、UV-VIS法およびHPLC法を用いて行うことができる。PEIのような高分子電解質は、ブラッドフォード試薬のような有機染料分子と複合体を形成することができる。この新たな複合体の量は、UV-VIS分光光度計を用いて決定することができる。高分子電解質の量はまた、ゲルパミッシィブクロマトグラフィー(Gel Permissive Chromatography)(GPC)法またはサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)法により決定することもできる。
【０１４８】
(ii) 生体分子: 生体分子の浸出は、HPLC、質量分析計(MS)を用いて測定することができる。また、生体分子が特定の化学反応を触媒することができるのであれば、UV-VISを用いて生体分子の浸出を測定することも可能である。たとえば、ホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)およびテトラメチル-ベンジジン(TMB)との触媒化学反応。
【０１４９】
(iii) 有機小分子および界面活性剤: UV-VIS領域に吸収がある場合、通常、HPLCまたはUV-VISにより有機小分子および界面活性剤の浸出を測定することができる。
【０１５０】
(iv) 無機イオン: UV-VIS法およびICP-MS法により、無機イオンの浸出量を測定することができる。
【０１５１】
永続的親水性多孔質プラスチックを得るために、通常、固形の界面活性剤が多孔質プラスチックに加えられる。一般的には、加えられた界面活性剤の50%超が多孔質プラスチックマトリックスから洗浄除去される可能性がある。たとえば、多孔質プラスチック中に0.15%の界面活性剤が存在する場合、界面活性剤の50%に相当する0.075%の界面活性剤が溶液中に浸出するであろう。
【０１５２】
PEI、PEI/PAA、およびPAA/PEI複合系の浸出量は、ブラッドフォード試薬との反応によりUV-VISを用いて測定することができる。この方法によれば、水溶液でサブPPMの感度が得られる。一般的には、PEIおよびPEI/PAA複合体の浸出量は、高分子電解質溶液の濃度、洗浄方法、洗浄溶液のpH、およびイオン強度に依存する。
【０１５３】
PEIおよびPEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料では、多孔質材料を十分に洗浄した場合、PEIおよびPEI/PAA複合体の浸出は、PEIまたはPAAの濃度の影響をあまり受けない。
【表５】
PEI/PAA逐次処理により、PEIの浸出を顕著に減少させることができる。1% PEI/1% PAA、1% PEI/0.1% PAA、0.1% PEI/1% PAA、および0.1% PEI/0.1% PAAについて、浸出量の有意差は観測されなかった。
【０１５５】
PEI/PAA複合体の浸出は洗浄方法にも依存する。PEI適用およびPAA適用の後に十分な洗浄を行うステップを加えれば、浸出量は顕著に減少するであろう。図3は、2つの異なる洗浄を行ったPEI/PAA処理T3材料の浸出量(マイクログラム/グラム)を示している。サンプル1は、振動洗浄を3回行ったものであり、サンプル2は、非振動洗浄を1回行ったものである。見てわかるとおり、サンプル1は、サンプル2よりも顕著に少ない浸出を示した。
【０１５６】
PEI/PAA複合体は、異なるpHおよびイオン強度で異なる溶解度を有する。表面が異なると、異なる洗浄溶液下で異なる浸出を示す。PEIで被覆された多孔質プラスチックは、PBS中よりも純水中のほうが高い浸出を示し、PEI/PAA複合体で被覆された多孔質プラスチックは、PBS中でより高い浸出を示し、PAAのみで被覆された多孔質プラスチックは、純水中でより高い浸出を示す。(PBS, 0.01 M, 0.15 M NaCl)(図4)。
【０１５７】
PEI/PAAで処理したT3材料は、界面活性剤で処理したT3よりも純水中およびPBS緩衝液条件でかなり少ない浸出を示す。PEIの全浸出量は、加えられた界面活性剤の50%が浸出するのに対して、固定化された全PEIの約1〜2パーセントにすぎない。
【０１５８】
PEI/PAAの浸出は、0.1ppm未満の量の場合、検出不能なことが多いことに留意されたい。
【０１５９】
7.33. 実施例 33: タンパク質結合
タンパク質結合は、異なる処理を施した多孔質材料をタンパク質溶液中に浸漬することにより行った。この溶液中のタンパク質の一部は、酵素または放射線同位体で標識化されている。酵素標識化タンパク質の場合、化学基質は酵素と反応し、特定のUV吸収バンドを有する新たな化学物質を形成する。新たに形成された化学物質の吸収を特定の波長で測定することにより、多孔質材料上の酵素の活性および量を計算することができる。放射線同位体標識化タンパク質の場合、放射線量を測定することにより多孔質材料上のタンパク質の量を測定することができる。
【０１６０】
異なる処理を施したT3多孔質材料上で酵素標識化ヤギ抗ウサギIgGを用いて、IgG結合量を調べた。結果からわかるように、異なる処理を施したT3材料のIgG結合量は、異なるpH(0.01 M PBS, 0.15 M NaCl)下で異なっていた。データから示唆されるように、未処理のT3では、pHの増加に伴ってIgG結合量が減少し、酸素プラズマ処理したT3では、そのIgG結合に及ぼすpHの影響は見られなかった。PEIで処理したT3多孔質材料は、pH7で最大のIgG結合を示す。PEI/PAAおよびPAAで処理したT3多孔質材料では、いずれも、pHの増加に伴ってIgG結合が減少した。PEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料は、強いpH依存性IgG結合能を示した。これは、タンパク質の抽出および分離に好適な性質である。結果を図5に示す。この図には、未処理(T3)、酸素プラズマ処理(O2)、PEI処理、PEI-PAA処理、およびPAA処理の施されたT3材料の表面上のIgG結合量が、異なるpH値(すなわち、6、7、および8)の下に示されている。
【０１６１】
図6は、異なるイオン強度(脱イオン水、0.01M PBS緩衝液、0.1M PBS緩衝液。これらはそれぞれ0、0.15、および1.5のイオン強度に相当する)における異なる処理を施したT3多孔質材料のIgG結合能(pH7)を示している。データから示唆されるように、未処理のT3多孔質材料および酸素プラズマ処理したT3多孔質材料は、イオン強度依存性IgG結合を示さない。PEIで処理したT3多孔質材料は、0.15のイオン強度で最大のIgG結合を示した。PEI/PAAおよびPAAで処理したT3材料は、いずれも、イオン強度0からイオン強度0.15にかけてIgG結合の有意な減少を示した。しかしながら、0.15と1.5のイオン強度間では差異はほとんどなかった。PEI/PAA複合体で処理したT3多孔質材料は、イオン強度依存性IgG結合能を示した。これはタンパク質の抽出および分離に好適な性質である。
【０１６２】
図7は、異なる処理を施した材料へのタンパク質(IgG)結合の結果を示している。材料は、10マイクロメートルの平均細孔サイズを有する。また、結合アッセイは、7.18のpH値で行った。
【０１６３】
図8は、異なる高分子電解質で処理した材料へのタンパク質(IgG)結合の結果を示している。材料は、7マイクロメートルの平均細孔サイズを有する。また、結合アッセイは、7のpH値で行った。
【０１６４】
当業者にはきわめて当然のことながら、本発明は、以上に記載されたまたは添付の図に示された詳細に限定されるものではない。そうではなく、本発明は、以下の特許請求の範囲を参照することにより、最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】2層コーティングを有する本発明に係る種々の実施形態の全体的概略図である。ここで、コーティングを構成する分子は円により示され、プラスもマイナスもない円は中性分子を示し、「+」を有する円は、カチオン性分子またはカチオン性部分を含有する分子を示し、「-」を有する円は、アニオン性分子またはアニオン性部分を含有する分子を示す。
【図２】異なる高分子電解質で処理した多孔質材料のウィッキング速度を示す図である。
【図３】異なる洗浄を行ったPEI/PAA処理多孔質材料の浸出量を示す図である。
【図４】PBS中および純水中へのPEI/PAA処理多孔質材料の浸出量を示す図である。
【図５】異なる処理を施した多孔質材料の異なるpHにおけるIgG結合量を示す図である(0.01M PBS)。
【図６】異なる処理を施した多孔質材料の異なるイオン強度におけるIgG結合量を示す図である。
【図７】種々のPEI/PAA処理多孔質材料上のIgG結合量を示す図である。
【図８】異なる高分子電解質で処理した多孔質材料上のIgG結合量を示す図である。
Claims (25)
- 基材と、第1の層と、第2の層と、を含む多層被覆材料であって、該基材が焼結多孔質高分子材料を含み、該第1の層が、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して該基材の表面に結合された分子を含み、該第2の層が、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して該第1の層に結合された分子を含む、上記材料。
- 前記高分子材料が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、またはナイロンである、請求項１に記載の材料。
- 前記ポリオレフィンが、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、またはそれらの混合物である、請求項２に記載の材料。
- 前記第1の層および前記第2の層の分子が、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の材料。
- 前記高分子電解質が、ホスフェート、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルイミダゾリン)、四級化ポリアクリルアミド、ポリビニルピリジン、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、キトサン、ポリリシン、ポリ(アクリレートトリアルキルアンモニア塩エステル)、セルロース、ポリ(アクリル酸)、ポリメチルアクリル酸、ポリ(スチレン硫酸)、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(トルエン硫酸)、ポリ(メチルビニルエーテル-alt-マレイン酸)、ポリ(グルタミン酸)、界面活性剤、デキストラン硫酸、ヒアルリン酸、ヘパリン、アルギン酸、アジピン酸、化学染料、タンパク質、酵素、核酸、ペプチド、またはそれらの塩、エステル、および/もしくはコポリマーである、請求項４に記載の材料。
- 前記高分子電解質が、ポリエチレンイミド、ポリ(ビニルピロリドン)、またはそれらのコポリマーである、請求項５に記載の材料。
- 前記中性ポリマーが、イソシアネート化末端ポリマー、エポキシ末端ポリマー、またはヒドロキシルスクシミド末端ポリマーである、請求項４に記載の材料。
- 前記中性ポリマーが、ポリウレタン、ポリ(エチレングリコール)、またはポリシロキサンである、請求項７に記載の材料。
- 前記小分子が、ナトリウムドデシルスルホネート、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ホスフェート類、スルホネート類、ブロナート類、スルホネート類、染料、脂質、金属イオン、またはフッ素含有界面活性剤である、請求項４に記載の材料。
- 前記生体分子が、タンパク質、酵素、脂質、ホルモン、ペプチド、核酸、オリゴ核酸、DNA、RNA、糖、または多糖である、請求項４に記載の材料。
- 前記第1の層がポリエチレンイミドの分子を含み、前記第2の層が、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)含有コポリマー、または界面活性剤の分子を含む、請求項４に記載の材料。
- 前記第2の層がフッ素化界面活性剤を含む、請求項１１に記載の材料。
- 前記第1の層がポリアリルアンモニウムクロリドの分子を含み、前記第2の層がポリビニルスルフェートの分子を含む、請求項４に記載の材料。
- 前記基材が、共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して前記第2の層にまたは追加の層のうちの1層に結合された1層以上の追加の層でさらに被覆されたものである、請求項４に記載の材料。
- 前記基材が3層で被覆されており、第1の層がポリエチレンイミドの分子を含み、第2の層がポリアリルアミンの分子を含み、第3の層が、ポリエチレンイミド、ポリビニルアミン、または界面活性剤の分子を含む、請求項１４に記載の材料。
- 共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第1の層を基材の表面上に被覆すること、
共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の第2の層を該第1の層上に被覆すること、
を含む、多層被覆材料の製造方法。 - 前記基材の表面を活性化することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記表面の活性化が、化学的処理、プラズマ放電、コロナ放電、電子ビーム、またはそれらの組合せによるものである、請求項１７に記載の方法。
- 前記基材が多孔質である、請求項１６に記載の方法。
- 前記基材が、金属、合金、セラミック材料、ガラス、カーボン、シリコン、またはポリマーである、請求項１６に記載の方法。
- 前記ポリマーが焼結多孔質ポリマーである、請求項２０に記載の方法。
- 前記ポリマーが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(エーテルスルホン)、またはナイロンである、請求項２０に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンが、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリ(1-ブテン)、ポリスチレン、ポリ(2-ブテン)、ポリ(1-ペンテン)、ポリ(2-ペンテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)、1,2-ポリ-1,3-ブタジエン、1,4-ポリ-1,3-ブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニリデンクロリド)、ポリ(ビニリデンフルオリド)、ポリ(テトラフルオロエチレン)、またはそれらの混合物である、請求項２２に記載の材料。
- 前記第1の層および前記第2の層の分子が、独立して、高分子電解質、界面活性剤、中性ポリマー、小分子、生体分子、またはそれらの組合せから選択される、請求項１６に記載の方法。
- 共有結合、静電相互作用、またはそれらの組合せを介して分子の1層以上の追加の層を前記第2の層上または追加の層上に被覆することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
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