JP2005512300A - 生体適合性膜およびそれを用いて製造した燃料電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、生体適合性膜、生体適合性膜を製造するために有用な溶液、および本発明に係る生体適合性膜を使用することができる燃料電池に関する。この生体適合性膜は、合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含むことができる合成高分子材料から製造される。この膜はさらにポリペプチドを含む。
Description
本発明は、ブロックコポリマーの生体適合性膜およびそれを用いて製造した燃料電池に関する。
Meierらによる一連の論文では、機能性タンパク質を含んだポリマー系膜について様々な構造が提案された。そのような膜は以前には推論の主題に過ぎなかったが、現在ではその機能性を保持している組み込み酵素を含んだポリマー系膜を含有する最初に成功した生物学的タンパク質であると考えられている。例えば、Corinne Nardin,Wolfgang Meier et al.,39 Angew Chem.Int.Ed.,4599−602(2000)、Langmuir,16 1035−41(2000)およびLangmuir,16 7708−12(2000)を参照されたい。これらの論文は、その中にタンパク質(「ポーリン」−非選択的受動的孔形成分子)が組み込まれている機能化ポリ(2−メチルオキサゾリン)−ブロック−ポリ(ジメチルシロキサン)−ブロック−ポリ(2−メチルオキサゾリン)トリブロックコポリマーについて記載している。
Meierらの研究は、独創的ではあるが範囲が限られている。彼らの研究は、ポリマーの使用について広範囲には考察しておらず、開示されたポリマー膜を他の酵素と結び付けて使用できることさえ示唆していない。これらの論文は、酸化もしくは還元、または「膜を越す活性分子、原子、プロトンもしくは電子のポリペプチド媒介輸送」に関与することができる組み込み生物学的種を含有する合成膜を作成する可能性について、確かに何も示唆していない。実際に、開示範囲の狭さおよびその他の成功の欠如は、他の生物学的物質をポリマー膜内に組み込むことに成功できるという楽観手技の理由をほとんど提供していない。
膜結合タンパク質を試験するための膜の作成については、長年にわたり知られている。「Functional Assembly of Membrane Proteins in Planar Lipid Bilayers」,14 Quart.Rev.Biophys.1−79(1981)を参照されたい。実際に、膜貫通タンパク質および酸化還元タンパク質は、それらの構造および機序を研究する目的で、例えば生きている細胞または有機体内で見いだされた分子から作られた膜のような生物学系の膜内に組み込まれた。大腸菌(E.coli)由来のNADHデヒドロゲナーゼのような、膜を越えてプロトンを輸送でき、および/または酸化還元反応に関与できる組み込み酵素複合体を含有する脂質二重層の使用についても言及されている。2002年1月3日に公開されたLiberatoreらの米国特許出願公開第2002/0001739号明細書を参照されたい。実際に、Liberatoreらは、電池の一部としてのそのような膜の使用に言及している。
酵素複合体を含有する生物学的な膜の存在も、ポリマー膜と特定酵素との単一の組み合わせの発見も、安定でかつ機能的である合成生体適合性ポリマー膜の幅広い種類を開発することにほとんど期待を与えない。G.Tayhas et al.,「A Methanol/Dioxogen Biofuel Cell That Uses NAD+ Dependent Dehydrogenases as Catalysts:Application of an Electro−Enzymatic Method to Regenerate Nicotinamide Adenine Dinucleotide at Low Overpotentials」,43 J.Electroanalytical Chem.155−161(1998)も参照されたい。
本発明は、第1側および第2側を有する合成高分子材料の少なくとも1層を含んでなる生体適合性膜に関する。この生体適合性膜は、これに結び付いた少なくとも1つのポリペプチドを含有する。
1つの好ましい態様では、本発明は、ポリペプチドが化学反応に関与することができるか、少なくとも1つの層の第1側から同一層の第2側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与することができるか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができる生体適合性膜に関する。本発明のより特別に好ましい態様では、ポリペプチドは酸化還元酵素、および/またはプロトンの膜貫通輸送に関与できる酵素である。さらに、ポリペプチドは、電子の遊離を引き起こすことと、膜を越えるプロトンの輸送に関与することとの両方の能力を有していてもよい。生体適合性膜を越えてプロトンを輸送することを考察する場合に、正確な機序も伝達される正確な化学種も分かっていないことが理解されるであろう。伝達される化学種は、おそらくプロトン自体、正電荷を帯びた水素、ヒドロニウムイオン、H3O+またはその他の荷電種であろう。しかし便宜的に、これらは本明細書では集合的に「プロトン」として考察する。
本発明によれば、ブロックコポリマー、コポリマーもしくはポリマーまたはそれらの混合物であるあらゆる合成高分子材料が、生体適合性膜を形成できる限り、使用することができる。本発明の1つの好ましい態様では、合成高分子材料は排他的に少なくとも1種のブロックコポリマーからなる。ブロックコポリマーの混合物もまた予期されている。任意で、合成高分子材料は少なくとも1種の添加剤を含有するであろう。本発明に係る第2の好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも1種のポリマー、コポリマー、もしくはブロックコポリマーを含有する。しかし、ブロックコポリマーが存在する場合、合成高分子材料はさらにまた少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含有する。1つの任意の添加剤もまた予期されている。本発明のまた別の好ましい実施形態では、合成高分子材料は生体適合性膜を形成することができるあらゆる高分子材料であってよく、それに加えて少なくとも1種の安定化ポリマーを含有する。
本発明のまた別の態様では、合成高分子材料はブロックコポリマー、ブロックコポリマーの混合物または1種以上のブロックコポリマーと水素結合に富む安定化ポリマーとの混合物である。好ましくは、ポリペプチドは生体適合性膜を形成できるように合成高分子材料内に組み込まれている。
本明細書で使用する「生体適合性膜」は、膜として使用でき、頻回に生物学的起源のポリペプチドまたはその他の分子と結合している、シート、プラグまたはその他の構造を形成する合成高分子材料からなる1つ以上の層である。「生体適合性」とは、合成高分子材料とポリペプチドとが相互に結合しているときにポリペプチドの機能性のすべてを無能力にしたり、またはさもなければ遮断したりしない合成高分子材料からその膜自体が作られていることを意味する。本明細書で使用する「膜」は、少なくともその主要な構造的要素として合成高分子材料を含有しており、空間、流体(液体もしくは気体)、固体等を選択的に分離するために使用できる材料のシート、層、またはプラグ等の構造である。本明細書で使用する膜は、一方の側から他方の側へ一部の種の通過または拡散を許容する透過性材料を含んでいてよい。燃料電池に使用される膜は、例えばカソード区画内からアノード区画内への一部の成分の通過を防止し、および/またはアノード区画内からカソード区画内へ一部の成分の通過を防止する。しかし、他の成分は、自由に通過することができる。同時に、本発明に係る膜の1つの実施形態で例示されるように、膜はアノード区画からカソード区画へのプロトンの通過を許容し、さらには促進するであろう。
本発明に係る「結び付いた」とは、その状況に依存する多数の事柄を意味することができる。ポリペプチドは、膜の1つ以上の表面に結合させることによって、および/または膜の1つ以上の表面内(例えば凹所もしくは孔内)に詰め込むもしくは結合させることによって、生体適合性膜と結び付けることができる。「結び付いた」ポリペプチドは、膜の内部または膜内に含まれる小胞もしくは腔内に配置することができる。ポリペプチドは、さらにまた連続する層間に配置することもできよう。ポリペプチドは同様に膜内に組み込むこともできる。実際に、特に好ましい実施形態では、ポリペプチドは少なくとも部分的に膜の少なくとも1面から露出するような方法で、および/または酸化還元反応または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子のポリペプチド媒介輸送に関与することができるような方法で、膜内に組み込まれているか、もしくは一体化されている。
膜の一方の側から他方の側へ分子、原子、プロトンもしくは電子を輸送する文脈における用語「関与する」には、例えばポリペプチドが膜を越えて、排他的ではないが、通常はpH、濃度、もしくは電荷勾配に逆らって、分子、原子、プロトンもしくは電子を物理的もしくは化学的に「ポンプ作用」で送り出す能動輸送や、または他の能動輸送機序が含まれる。しかし、「関与」をそのように限定する必要はない。膜内のポリペプチドの単なる存在は、例えばプロトンが相当に高いプロトン濃度から膜の他方の側の相当に低いプロトン濃度へ輸送されることを十分許容するように膜の構造または特性に変化させてもよい。これは、非選択的受動的孔形成体の使用または単純な拡散の結果として生じるような、受動的な非選択的プロセスに限られるものではない。特に、一部の場合では、膜内のポリペプチドの不活化は、ポリペプチドを全く含めずに製造された類似の膜に劣る結果を提供する。これらのプロセス(受動的拡散を除く)は集合的に「ポリペプチド媒介輸送」と呼ばれ、このときポリペプチドの存在は単に構造的な静的チャネルを提供する以外の方法で、膜を越える化学種の輸送において重要な役割を果たす。これを言い換えると「ポリペプチド媒介輸送」とは、ポリペプチドの存在がまさに濃度以外の何かに反応して膜の一方の側から他方の側への効果的な輸送を生じさせることを意味する。酸化還元反応の文脈における「関与する」とは、ポリペプチドが、化学種の酸化および/または還元を惹起もしくは促進するか、またはその反応へもしくはその反応からプロトン、電子または酸化種もしくは還元種を運ぶことを意味する。
「1つ以上のポリペプチド」には、しばしば触媒として化学反応に関与するか、膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進もしくは可能にする分子構造の形成に関与することができる4つ以上のアミノ酸から構成された少なくとも1つの分子が含まれる。ポリペプチドは、一本鎖、複数鎖であってよく、そして単一サブユニットまたは複数サブユニットで存在していてもよい。ポリペプチドは、アミノ酸のみから、またはアミノ酸と他の分子との組み合わせから生成することができる。これには、例えばペグ化ペプチド、ペプチド核酸、ペプチド模擬物、核タンパク質複合体を含むことができる。グリコシル化のような修飾を含むアミノ酸のストランドもまた予期されている。本発明に係るポリペプチドは、一般に生物学的分子または生物学的分子の誘導体もしくはコンジュゲートである。このためポリペプチドには、単離できる分子、ならびに組み換え技術によって産生できる分子、または全体としてもしくは部分的に化学合成されなければならない分子を含むことができる。このためこの用語は、天然型タンパク質および酵素、その変異体、その誘導体およびコンジュゲート、ならびにすべてが合成のアミノ酸配列およびそれらの誘導体およびコンジュゲートを含んでいる。1つの好ましい実施形態では、本発明に係るポリペプチドは、膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンおよび/または電子の輸送に関与することができるか、酸化または還元に関与することができるか、またはDH−複合体I(「複合体1」とも呼ばれる)等の電荷駆動プロトンポンプポリペプチドである。
本発明は、広範囲の合成高分子材料およびポリペプチドを使用して生体適合性膜を作成することが可能であるという認識から生じている。生体適合性膜は、本発明により製造すると、それらの完全な生物学的対応物と比較して、より安定で、寿命がより長く、より耐久性があり、そして広範囲の有用な環境に配置できるという点で長所を有することができる。また、本発明の生体適合性膜のいくつかは、一方の側に、極めて異なりかつ極めて極度のpHを有する溶液と接触させると作動することができる。それらはさらにまた、一定の酸化剤および/または還元剤の存在下で安定であり、相当に極度の温度または他の作動条件および保管条件で有用であるように調製することができる。それらは、ポリペプチドを除いて同一の膜を使用して発生するであろう電流の通過より、少なくとも大きな程度まで電流の通過を促進するであろう。好ましくは、本発明の生体適合性膜は、少なくとも10pA(ピコアンペア)/cm2(生体適合性膜がセンサーに使用された場合等)、より好ましくは少なくとも約10mA(ミリアンペア)/cm2、およびいっそうより好ましくは約100mA/cm2を生じさせるであろう。
これらの生体適合性膜は、一般に、しかしこれに限定されないが、空気中で膜として独立して立っており、したがって少なくとも部分的に脱溶媒和させることができる。燃料電池に使用した場合、これらの生体適合性膜は好ましくは少なくとも8時間、より好ましくは少なくとも3日間、そしていっそうより好ましくは1ヵ月以上、そしてさらにいっそうより好ましくは6ヵ月以上の有用な作動期間を有するであろう。
酸化還元反応への関与、および/または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送への関与ができるポリペプチドを含有する生体適合性の合成高分子膜は、広範囲の電池または燃料電池の作成に使用できるので特に好都合である。これらには、環境に優しく、軽量でコンパクトかつ容易に持ち運べる電池が含まれる。さらにまた出力が極めて高い燃料電池を製造することもまた可能である。好ましくは、本発明により製造された燃料電池は、通常は負荷または抵抗を備える回路がアノードとカソードとの間で作り出された場合、少なくとも10mW(ミリワット)/cm2、好ましくは少なくとも約50mW/cm2、および最も好ましくは少なくとも約100mW/cm2を発生することができる。これは電気的に接続しているとも言われる。
したがって、本発明のまた別の態様は燃料電池である。燃料電池は、アノードを有するアノード区画と、カソードを有するカソード区画とを含んでいる。燃料電池はまた、アノード区画内、カソード区画内、またはアノード区画とカソード区画との間に配置できる少なくとも1つの生体適合性膜を含んでいる。生体適合性膜は、上記で検討したように、合成高分子材料の少なくとも1つの層と、それに結び付いた少なくとも1つのポリペプチドとを含むことができる。好ましくは、ポリペプチドは、酸化還元反応に関与するか、および/または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与する能力を有する。特に好ましい実施形態では、ポリペプチドは酸化還元反応および分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送の両方に関与することができる。そのような燃料電池は、ともにアノード区画内に配置されている電子伝達体および第2ポリペプチドを含んでいてよい。
本発明のさらに別の態様は、本発明に係る生体適合性膜を製造するためにそれ自体が有用である溶液の作製である。この溶液は、有機溶媒と水の両方を通常含んでいる溶媒系中に、少なくとも1つの合成高分子材料と少なくとも1つのポリペプチドとを含有する。好ましくは、合成高分子材料は約1〜約30%(w/v)、およびより好ましくは約2〜約20%(w/v)、そして最も好ましくは約2〜約10%(w/v)の量で存在する。同様に、ポリペプチドは溶液中に約0.001〜約10.0%(w/v)、より好ましくは約0.01〜約7.0%(w/v)、そしていっそうより好ましくは約0.1〜約5.0%(w/v)の量で存在する。溶液は、さらにまた所望であれば可溶化洗剤添加剤およびその他の材料を含むことができる。1つの好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも1種のブロックコポリマーからなる。また別の好ましい実施形態では、合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、合成高分子材料は、少なくとも1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む。また別の好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも1種の安定化ポリマーを含有する。
本発明に係る生体適合性膜は、本明細書に記載したように1つ以上のポリペプチドと結び付いたときに本発明の目的を満たすあらゆる合成高分子材料から形成することができる。
合成高分子材料は、ポリマー、コポリマーおよびブロックコポリマーならびにこれらの混合物を含むことができる。これらは、相互に結び付け、架橋結合させ、機能化させ、またはさもなければ結合させることができる。「機能化」とは、ポリマー、コポリマーおよび/またはブロックコポリマーが、当技術分野において知られている重合(例えば、ブロックの架橋結合)、特定の表面の化学的性質への固定(例えば、一定の硫黄結合の使用)、電子伝達体もしくは電子伝達メディエータ等の共有結合を介して促進された電子輸送のいずれであろうと、特定機能を実行するように選択される末端基を用いて修飾されていることを意味する。典型的には、これらの末端基はポリマーまたはブロック自体の構成要素とは見なされず、合成の終了時または合成後にしばしば付加される。合成高分子材料は、一般に最終膜(使用できる状態にある膜)上で最終膜の少なくとも約50重量%、より典型的には最終膜の少なくとも約60重量%、およびしばしば約70〜99重量%までの量で存在する。合成高分子材料の総量の一部分は、最終生体適合性膜における全合成高分子材料の重量に基づいて一般には約3分の1の重量までは、安定化ポリマーであってよい。
本発明の生体適合性膜は、好ましくはポリマーもしくはコポリマー等の他の合成高分子材料を含めてまたは含まずに、そして添加剤を含めてまたは含まずに、A−B、A−B−AまたはA−B−Cブロックコポリマー等の1種以上のブロックコポリマーから製造される。
1つの適切なブロックコポリマーは、Corinne Nardin、Wolfgang Meierおよびその他による一連の論文に記載されている。Angew Chem Int.Ed.39:4599−4602,2000、Langmuir 16:1035−1041,2000、Langmuir 16:7708−7712,2000。記載された機能化ポリ(2−メチルオキサゾリン)−ブロック−ポリ(ジメチルシロキサン)−ブロック−ポリ(2−メチルオキサゾリン)トリブロックコポリマーは以下の通りである。
上記の化学式では、xの平均値は68、そしてyの平均値は15である。これは、式に挙げられた「C」が必ずしもA−B−Cブロックコポリマーの「C」の名称とは一致しないA−B−Aブロックコポリマーである。
上記に例示したポリマーは、機能性タンパク質を組み込むことができる相当に大きな膜を提供することができる。ポリマー分子の末端にあるメタクリレート成分は、より大きな機械的安定性を付け加えるためにタンパク質を組み込んだ後のフリーラジカル媒介性架橋結合を許容する。これのような生体適合性膜、特に非イオン性である膜はアノードとカソードとの間のより高度の電圧差に対してより大きな安定性を有する。
上記の機能化ポリ(2−メチルオキサゾリン)−ブロック−ポリ(ジメチルシロキサン)−ブロック−ポリ(2−メチルオキサゾリン)トリブロックコポリマーは、使用できる合成高分子材料の1つの例である。その他の代表的ブロックコポリマーには、制限なく、以下のブロックコポリマーが含まれる。両親媒性ブロックコポリマー[小胞のトリブロックコポリマーシェルは生物学的膜の模擬体と見なすことができるが、それらは従来型脂質二分子層より2〜3倍厚い。それでも、それらは膜内タンパク質のためのマトリックスとして機能することができる。驚くべきことに、これらのタンパク質は膜の厚さが極めて厚いにもかかわらず、そして反応性トリブロックコポリマーの重合後にさえ機能性のままである。]、5−(N,N−ジメチルアミノ)イソプレン、スチレン、およびメタクリル酸からのトリブロック共重合両性電解質[Bieringer et al.,Eur.Phys.J.E.5:5−12,2001。そのようなポリマーは特にAi14S63A23、Ai31S23A46、Ai42S23A35、Ai56S23A21、Ai57S11A32である]、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレントリブロックコポリマー[(KRATON)G 1650、29%のスチレン、8000溶液粘度(25重量%ポリマー)、100%トリブロックスチレン−エチレン/ブチレン−スチレン(S−EB−S)ブロックコポリマー、(KRATON)G 1652、29%スチレン、1350溶液粘度(25重量%ポリマー)、100%トリブロックS−EB−Sブロックコポリマー、(KRATON)G 1657、4200溶液粘度(25重量%ポリマー)、35%ジブロックS−EB−Sブロックコポリマー、すべてがShell Chemical社から入手できる。好ましいブロックコポリマーは、スチレン−エチレン/プロピレン(S−EP)タイプのブロックコポリマーであり、商標(KRATON)G 1726(28%スチレン、200溶液粘度(25重量%ポリマー)、70%ジブロックS−EB−Sブロックコポリマー)、(KRATON)G−1701X(37%スチレン、>50,000の溶液粘度、100%ジブロックS−EPブロックコポリマー)、および(KRATON)G−1702X(28%スチレン、>50,000の溶液粘度を付けて市販で入手することができ、さらにまた100%ジブロックS−EPブロックコポリマーもShell Chemical社(米国テキサス州ヒューストン)から市販で入手できる]、シロキサントリブロックコポリマー[シロキサントリブロックコポリマーを含有するニトリルはシロキサン磁性流体のための安定剤として開発された。シロキサン磁性流体は近年、網膜剥離手術のための眼内タンポナーデとして提案されてきた。PDMS−b−PCPMS−b−PDMSs(PDMS=ポリジメチルシロキサン、PCPMS=ポリ(3−シアノプロピルメチル−シクロシロキサン)は、シラノール酸リチウムでエンドキャップされたPCPMSマクロ開始剤により開始されるヘキサメチルシクロトリシロキサンの運動学的に制御された重合を通して極めて良好に調製された。マクロ開始剤は、3−シアノプロピルメチルシクロシロキサン(DxCN)およびジリチウムジフェニルシランジオラート(DLDPS)の混合物を平衡化することによって調製された。DxCNは、3−シアノプロピルメチルジクロロシランの加水分解、その後の結果として生じた加水分解産物の環化および平衡化によって合成された。DLDPSは、ジフェニルメチルリチウムを用いたジフェニルシランジオールの脱プロトン化によって調製された。DxCNとDLDPSの混合物は、100℃で5〜10時間以内に平衡化させられることが見いだされた。DxCN対DLDPSの比率をコントロールすることにより、異なる分子量のマクロ開始剤を入手できよう。マクロ開始剤平衡物中の主要環式化合物はテトラマー(8.6±0.7重量%)、ペンタマー(6.3±0.8重量%)およびヘキサマー(2.1±0.5重量%)である。2.5k−2.5k−2.5k、4k−4k−4k、および8k−8k−8kのトリブロックコポリマーが調製され、特性付けられた。これらのトリブロックコポリマーは、透明なミクロ相分離構造の高度に粘性の液体である。これらのトリブロックコポリマーは、オクタメチルシクロテトラシロキサンまたはヘキサン中のナノメートルサイズのγ−Fe2O3およびコバルト粒子を安定化できることが見いだされた。したがってPDMS−b−PCPMS−b−PDMSは、シリコーン磁性流体のための1クラスの前途有望な立体安定剤を表している。]、DEO−CPPO−CPEOトリブロックコポリマー、PEO−PDMS−PEOトリブロックコポリマー[ポリエチレンオキシド(PEO)は水相中に可溶性であるが、ポリジメチルシロキサン(PDMS)は油相中に可溶性である]、PLA−PEG−PLAトリブロックコポリマー、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−スチレン)トリブロックコポリマー[一般に使用される熱可塑性エラストマーには、BASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のStyroluxが含まれる]、ポリ(エチレンオキシド)/ポリ(プロピレンオキシド)トリブロックコポリマーフィルム[BASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のPluronic F127、Pluronic P105、またはPluronic L44]、ポリ(エチレングリコール)−ポリ(プロピレングリコール)トリブロックコポリマー、PDMS−PCPMS−PDMS(ポリジメチルシロキサン−ポリシアノプロピルメチルシロキサン)トリブロックコポリマー[系統的に変化させた分子量を備える一連のエポキシおよびビニルエンドキャップされたポリシロキサントリブロックコポリマーは、開始剤としてLiOHを使用するアニオン性重合により合成された。中心コポリマーブロック上のニトリル基は、粒子表面上に吸着すると考えられるが、他方PDMSエンドブロックは反応溶剤内に突出する。]、アゾ官能性スチレン−ブタジエン−HEMAトリブロックコポリマー、重合可能な末端基を有する両親媒性トリブロックコポリマー、シンジオタクチックポリメチルメタクリレート(sPMMA)−ポリブタジエン(PBD)−sPMMAトリブロックコポリマー、第3アミンメタクリレートトリブロック[20℃の水中でミセル(コア内のBブロック)およびリバースミセル(コア内のAブロック)の両方を形成できるABジブロックコポリマー]、生物分解性PLGA−b−PEO−b−PLGAトリブロックコポリマー、ポリアクチド−b−ポリイソプレン−b−ポリアクチドトリブロックコポリマー、PEO−PPO−PEOトリブロックコポリマー[BASF社製のPluronicと同様]、ポリ(イソプレン−ブロック−スチレン−ブロック−ジメチルシロキサン)トリブロックコポリマー、ポリ(エチレンオキシド)−ブロック−ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレンオキシド)トリブロックコポリマー、ポリ(エチレンオキシド)−ポリ(THF)−ポリ(エチレンオキシド)トリブロックコポリマー、エチレンオキシドトリブロック、ポリE−カプロラクトン[Birmingham Polymers社製]、ポリ(DL−ラクチド−co−グリコリド)[Birmingham Polymers社製]、ポリ(DL−ラクチド)[Birmingham Polymers社製]、ポリ(L−ラクチド)[Birmingham Polymers社製]、ポリ(グリコリド)[Birmingham Polymers社製]、ポリ(DL−ラクチド−co−カプロラクトン)[Birmingham Polymers社製]、スチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー[Japan Synthetic Rubber社製、分子量=140kg/mol、PS/PIのブロック比=15/85]、PEO/PPOトリブロックコポリマー、PMMA−b−PIB−b−PMMA[線状トリブロックTPE]、PLGA−ブロック−PEO−ブロック−PLGAトリブロックコポリマー[スルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スチレン(S−SEBS)TBCポリマープロトン導電性膜。Dais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte A700として入手できる]、ポリ(l−ラクチド)−ブロック−ポリ(エチレンオキシド)−ブロック−ポリ(1−ラクチド)トリブロックコポリマー、ポリ−エステル−エステル−エステルトリブロックコポリマー、PLA/PEO/PLAトリブロックコポリマー[トリブロックコポリマーの合成は、オクタン酸第一錫の代わりに共開始剤として非毒性亜鉛金属または水素化カルシウムを使用して、ポリ(エチレングリコール)の存在下でDL−ラクチドまたはe−カプロラクトンの開環重合によって調製されるであろう。コポリマーの組成は、ポリエステル/ポリエーテル比を調整することにより変動するであろう。]、PCC/PEO/PCCトリブロックコポリマー[上記のポリマーは2種以上の混合物中で使用できる。例えば、第1ポリマーの重量%で測定した2種のポリマー混合物中では、そのような混合物は20〜25%、25〜30%、30〜35%、35〜40%、40〜45%または45〜50%を含むことができる。]、ポリ(t−ブチルアクリレート−b−メチルメタクリレート−b−t−ブチルアクリレート)[Polymer Source社(カナダ国ケベック州ドーバル)製]、ポリ(t−ブチルアクリレート−b−スチレン−b−t−ブチルアクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−t−ブチルアクリレート−b−t−ブチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−メチルメタクリレート−b−t−ブチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−スチレン−b−t−ブチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−ブタジエン(1,4付加)−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−n−ブチルアクリレート−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−t−ブチルアクリレート−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−t−ブチルメタクリレート−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−ジメチルシロキサン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−スチレン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(メチルメタクリレート−b−2−ビニルピリジン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(ブタジエン(1,2付加)−b−スチレン−b−ブタジエン(1,2付加))[Polymer Source社製]、ポリ(ブタジエン(1,4付加)−b−スチレン−b−ブタジエン(1,4付加))[Polymer Source社製]、ポリ(エチレンオキシド−b−プロピレンオキシド−b−エチレンオキシド)[Polymer Source社製]、ポリ(エチレンオキシド−b−スチレン−b−エチレンオキシド)[Polymer Source社製]、ポリ(ラクチド−b−エチレンオキシド−b−ラクチド)[Polymer Source社製]、ポリ(ラクトン−b−エチレンオキシド−b−ラクトン)[Polymer Source社製]、a,w−ジアクリロニル末端ポリ(ラクチド−b−エチレンオキシド−b−ラクチド)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−
b−アクリル酸−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン(1,4付加)−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブチレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−n−ブチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−イソプレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチレンオキシド−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−t−ブチルアクリレート−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−ブタジエン(1,2付加)−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−スチレン−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−t−ブチルアクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−メチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−スチレン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(ブタジエン−b−スチレン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−アクリル酸−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルメタクリレート−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−イソプレン−b−グリシジルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−a−メチルスチレン−b−t−ブチルアクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−a−メチルスチレン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン−b−エチレンオキシド)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]。
b−アクリル酸−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン(1,4付加)−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブチレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−n−ブチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチルアクリレート−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−イソプレン−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−エチレンオキシド−b−スチレン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−t−ブチルアクリレート−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−ブタジエン(1,2付加)−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(2−ビニルピリジン−b−スチレン−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−t−ブチルアクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−メチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(4−ビニルピリジン−b−スチレン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(ブタジエン−b−スチレン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−アクリル酸−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−ブタジエン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルメタクリレート−b−2−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−t−ブチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−イソプレン−b−グリシジルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−a−メチルスチレン−b−t−ブチルアクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−a−メチルスチレン−b−メチルメタクリレート)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン−b−エチレンオキシド)[Polymer Source社製]、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン−b−4−ビニルピリジン)[Polymer Source社製]。
上記のブロックコポリマーは、単独で、または同一クラスもしくは異なるクラスの2つ以上の混合物中で使用できる。例えば、第1ポリマーの重量%で測定した2種のブロックコポリマー混合物中では、そのような混合物は10〜15%、15〜20%、20〜25%、25〜30%、30〜35%、35〜40%、40〜45%または45〜50%を含むことができる。3種のポリマーが使用される場合は、第1ポリマーはポリマー成分全体の10〜15%、15〜20%、20〜25%、25〜30%、30〜35%、35〜40%、40〜45%または45〜50%を含むことができ、そして第2ポリマーは残りの10〜15%、15〜20%、20〜25%、25〜30%、30〜35%、35〜40%、40〜45%または45〜50%を含むことができる。
これを言い換えると、混合物中の各ブロックコポリマーの量は、使用されるブロックコポリマーの性質および数ならびに入手すべき所望の特性に伴って相当に変動させることができる。しかし、一般に、本発明に係る混合物の各ブロックコポリマーは膜または溶液中の全ポリマーの重量に基づいて少なくとも約10重量%の量で存在するであろう。これら同一の一般的範囲は、1種以上のポリマー、コポリマーおよび/またはブロックコポリマーとの混合物から製造された膜に当てはまるであろう。さらにまた単一ポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーが、膜の特別な特性を調整するために膜の1.0重量%という少量でさえ、少量の別個のポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーを用いて「ドープ」できる場合にも該当するであろう。
本発明の実施形態には、制限なく、A−B、A−B−AまたはA−B−Cブロックコポリマーが含まれる。A(もしくはC)のトリブロックコポリマーについての平均分子量は、例えば、1,000〜15,000ダルトンであり、そしてBの平均分子量は1,000〜20,000ダルトンである。より好ましくは、ブロックAおよび/またはCは約2,000〜10,000ダルトンの平均分子量を有し、そしてブロックBは約2,000〜10,000ダルトンの平均分子量を有するであろう。
ジブロックコポリマーが使用される場合は、Aについての平均分子量は約1,000〜20,000ダルトンであり、より好ましくは、約2,000〜15,000ダルトンである。Bの平均分子量は約1,000〜20,000ダルトンであり、より好ましくは、約2,000〜15,000ダルトンである。
好ましくは、ブロックコポリマーは(i)予測動作温度および保管温度では固体を提供するため、そして(ii)ミセルよりむしろ生物膜様構造の形成を促進するために選択される疎水性/親水性平衡を有するであろう。より好ましくは、疎水性含量(もしくはブロック)が、親水性含量(もしくはブロック)を上回るべきである。そこで、ジブロックもしくはトリブロックコポリマーの少なくとも1つのブロックは、好ましくは疎水性である。湿潤性膜は考えられるが、好ましくは疎水性および親水性合成高分子材料の含量が膜を低湿潤性にするであろう。
上記のように、本発明の1つの好ましい実施形態では、合成高分子材料の混合物を使用して製造された生体適合性膜が提供される。そのような混合物は、それらの各ブロックの分子量以外は同一である2種以上のブロックコポリマーの混合物であってよい。例えば、生体適合性膜は2種のブロックコポリマーの混合物を使用して製造できるが、それらはどちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方は2kD−5kD−2kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有しており、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率は、使用された全合成高分子材料の約67対33%(w/w)である。これは、当然ながら大多数のブロックコポリマーの第1ブロックは約2,000ダルトンの分子量を有し、第2ブロックは5,000ダルトンの分子量を有し、そして第3ブロックは2,000ダルトンの分子量を有することを意味する。少数のブロックコポリマーは各々、約3,000、7,000および3,000ダルトンのブロックを有する。
当然ながら、完全に異なる2種以上のブロックコポリマーを使用することができ、異なるブロックコポリマーおよびそれらの各ブロックのサイズだけが異なる同一のブロックコポリマーの混合物もまた予想されている。しかし混合物は、ブロックコポリマーに限定されない。
ポリマーおよびコポリマーは、本発明により本明細書に記載した特性を有する生体適合性膜を製造するために単独で、組み合わせて、そしてブロックコポリマーと組み合わせて使用できる。有用なポリマーおよびコポリマーは、好ましくは室温(25℃)では固体である。それらは、使用されたあらゆる他の合成高分子材料、使用されたあらゆる添加剤、および使用されたポリペプチドに適合できる溶媒または溶媒系中に溶解させることができる。生体適合性膜を製造する際に有用なポリマーおよびコポリマーには、制限なく、ポリスチレン、ポリアルキルおよびポリジメチルシロキサン等のポリジアルキルシロキサン、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート、ポリブタジエン、ポリアルキレンおよびポリアルキレングリコール等のポリアルケン、スルホン化ポリスチレン、ポリジエン、ポリオキシラン、ポリ(ビニルピリジン)、ポリオレフィン、ポリオレフィン/アルキレンビニルアルコールコポリマー、エチレンプロピレンコポリマー、エチレン−ブテン−プロピレンコポリマー、エチルビニルアルコールコポリマー、過フッ素化スルホン酸、ビニルハロゲンポリマーならびに塩化ビニルとアクリロニトリルコポリマー、メタクリル/エチレンコポリマー等のコポリマーおよびその他の可溶性であるが一般には疎水性のすべてが約5,000〜約500,000の分子量であるポリマーおよびコポリマーを含むことができる。特別に好ましいポリマーには、ポリ(n−ブチルアクリレート)、ポリ(t−ブチルアクリレート)、ポリ(エチルアクリレート)、ポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)、ポリ(ヒドロキシプロピルアクリレート)、ポリ(メチルアクリレート)、ポリ(n−ブチルメタクリレート)、ポリ(s−ブチルメタクリレート)、ポリ(t−ブチルメタクリレート)、ポリ(エチルメタクリレート)、ポリ(グリシジルメタクリレート)、ポリ(2−ヒドロキシプロピルメタクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(n−ノニルメタクリレート)、ポリ(オクタデシルメタクリレート)、ポリブタジエン(1,4付加)、ポリブタジエン(1,2付加)、ポリイソプレン(1,4付加)、ポリイソプレン(1,2付加および1,4付加)、ポリエチレン、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリ(エチルメチルシロキサン)、ポリ(フェニルメチルシロキサン)、ポリプロピレン、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(4−アセトキシスチレン)、ポリ(4−ブロモスチレン)、ポリ(4−t−ブチルスチレン)、ポリ(4−クロロスチレン)、ポリ(4−ヒドロキシルスチレン)、ポリ(a−メチルスチレン)、ポリ(4−メチルスチレン)、ポリ(4−メトキシスチレン)、ポリスチレン、アイソタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリ(2,6−ジメチル−p−フェニレンオキシド)、ポリ(3−(ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロピル)−スチレン)、ポリイソブチレン、ポリ(9−ビニルアントラセン)、ポリ(4−ビニル安息香酸)、ポリ(4−ビニル安息香酸ナトリウム塩)、ポリ(ビニルベンジルクロリド)、ポリ(3(4)−ビニルベンジルテトラヒドロフルフリルエーテル)、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(2−ビニルナフタレン)およびポリ(9−ビニルフェナントレン)が含まれる。ポリマーおよびコポリマーは一般に合成高分子材料であるので、それらはブロックコポリマーおよび混合物について以前に記載した同一量で使用することができる。
本発明の特に好ましい態様では、生体適合性膜には合成高分子材料、好ましくは少なくとも1種のブロックコポリマー(最も好ましくは、少なくとも一部には両親媒性であるブロックコポリマー)および生体適合性膜を安定化できる合成高分子材料を含有する。一定のポリマー、最も顕著には、複数の水素結合を形成できる(「水素結合に富む」)親水性ポリマーおよびコポリマーは膜を安定化できることが見いだされている。安定化ポリマーの関連において、用語「ポリマー」には1つ以上のモノマー、ポリマーおよびコポリマーが含まれる。この関連における「親水性」とは、安定化ポリマーが水または水混和性溶媒中に溶解すること、または可溶化されることを意味する。いずれか特別な作動理論と結び付けようとせずとも、そのようなポリマーの使用はポリペプチドを生体適合性膜の構造内へ機能的に統合する際に役立つことができると考えられる。安定化ポリマーは生体適合性膜へ、同一条件に曝露させられたときに安定化ポリマーを使用せずに製造された同一の生体適合性膜と比較して、はるかに長い有効寿命および/または機械的破損に対する大きな抵抗を与える。燃料電池に使用される、合成高分子材料が安定化ポリマーを含む場合の安定化された生体適合性膜は、例えば少なくとも約10%、より好ましくは少なくとも約50%、最も好ましくは少なくとも約100%の増加した有効寿命を有することができる。
本発明の生体適合性膜内のポリペプチドを安定化できる特に好ましいポリマーには、デキストラン、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、およびポリアルキレンアミンが含まれる。これらの安定化されたポリマー(同様にコポリマーを含有する)は、一般に合成高分子材料として使用されたポリマーおよびコポリマーより小さい平均分子量を有する。それらの分子量は、一般に約1,000ダルトン〜約15,000ダルトンの範囲に及ぶ。生体適合性膜を安定化することができる特に好ましいポリマーには、制限なく、約2,000〜約10,000ダルトンの平均分子量を有するポリエチレングリコール、約2,000〜約10,000ダルトンの平均分子量を有するポリエチレンオキシド、約5,000〜15,000ダルトンの平均分子量を有するポリアクリルアミドが含まれる。その他の安定化ポリマーには、ポリプロピレン、ポリ(n−ブチルアクリレート)、ポリ(t−ブチルアクリレート)、ポリ(エチルアクリレート)、ポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)、ポリ(ヒドロキシプロピルアクリレート)、ポリ(メチルアクリレート)、ポリ(n−ブチルメタクリレート)、ポリ(s−ブチルメタクリレート)、ポリ(t−ブチルメタクリレート)、ポリ(エチルメタクリレート)、ポリ(グリシジルメタクリレート)、ポリ(2−ヒドロキシプロピルメタクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(n−ノニルメタクリレート)、およびポリ(オクタデシルメタクリレート)が含まれる。
生体適合性膜に使用される1種以上の安定化ポリマーの量は、特性における一部の測定可能な改善が実現されて生体適合性膜の機能性が過度に妨害されない限り、重要ではない。機能性と寿命のいくらかの犠牲は予想しなければならない。しかし、一般には、最終生体適合性膜内で見いだされる合成高分子材料の総量に基づいて、使用される安定化ポリマーの量は(重量で)、一般に3分の1以下であり、そして典型的には30重量%以下である。好ましくは、使用される量は、最終膜内の合成高分子材料の5〜約30重量%であり、より好ましくは約5〜約15重量%が使用される。
1種以上のポリマー、コポリマーおよび/またはブロックコポリマー、および/または安定化ポリマーに加えて、本発明の合成高分子材料は少なくとも1種の添加剤を含むことができる。添加剤は、架橋剤および脂質、脂肪酸、ステロールならびにその他の天然生体膜構成要素およびそれらの合成類似体を含むことができる。これらは一般に、溶液中にある時点に合成高分子材料へ添加される。これらの添加剤は、そもそも存在する場合は、合成高分子材料の約0.50〜約30重量%、好ましくは約1.0〜約15重量%の量で見いだされるであろう。
生体適合性膜が架橋成分を取り込んでいる場合は、重合のために有用な手法にはラジカル形成剤もしくはラジカル成長剤を用いる化学重合およびさらにまた別のラジカル成長剤を用いる、または用いない光化学ラジカル生成による重合が含まれる。パラメータは、膜材料、生体適合性膜区分のサイズ、支持体の構造等のような条件に依存して調整できる。ポリペプチドの損傷を最小限に抑えるために注意を払わなければならない。1つの特に有用な方法は、中性pHにある過酸化物を使用し、その後に酸性化することを含む。
本発明に係る生体適合性膜を形成するために合成高分子材料と結び付くことができ、かつ酸化/還元および膜貫通輸送機能(分子、原子、プロトン、電子)の一方または両方に関与することができる有用なポリペプチドの例には、例えば、NADHデヒドロゲナーゼ(「複合体I」)(例、大腸菌由来、Tran et al.,「Requirement for the proton pumping NADH dehydrogenase I of Escherichia coli in respiration of NADH to fumarate and its bioenergetic implications」,Eur.J.Biochem.244:155,1997)、NADPHトランスヒドロゲナーゼ、プロトンATPase、およびシトクロムオキシダーゼならびにその様々な形態が含まれる。また別のポリペプチドには、グルコースオキシダーゼ(NADHを使用して、Sigma Chemical社から入手できる多数のタイプのこの酵素を含む、数種の起源から入手可能)、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ(NADPH、Boehringer Mannheim社製、インディアナ州インディアナポリス)、6−ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ(NADPH、Boehringer Mannheim社製)、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ(NADH、Boehringer Mannheim社製)、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ(NADH、Sigma社製、Boehringer Mannheim社)、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ(NADH、Boehringer Mannheim社製、NADPH、Sigma社製)、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体(NADH、Sigma社製)およびプロトン転移性ピロリン酸塩が含まれる。さらにまた含まれるのは、「複合体II」とも呼ばれるコハク酸:キノン・オキシドレダクターゼ、「A structural model for the membrane−integral domain of succinate:quinone oxidoreductases」,Hagerhall C.and Hederstedt L.,FEBS Letters 389;25−31(1996)および「Purification,crystallisation and preliminary crystallographic studies of succinate:ubiquinone oxidoreductase from Escherichia coli.」,Tornroth S.et al.,Biochim.Biophys.Acta 1553;171−176(2002)、ヘテロジスルフィドレダクターゼ、F(420)H(2)デヒドロゲナーゼ,(Baumer,et al.,「The F420H2 dehydrogenase from Methanosarcina mazei is a Redox−driven proton pump closely related to NADH dehydrogenases」,275 J.Biol.Chem.17968(2000))もしくはギ酸ヒドロゲンリアーゼ(Andrews,et al.,「A 12−cistron Escherichia coli operon(hyf)encoding a putative proton−translocating formate hydrogenlyase system」,143 Microbilogy 3633(1997))、ニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ:「Nicotinamide nucleotide transhydrogenase:a model for utilization of substrate binding energy for proton translocation」,Hatefi,Y.and Yamaguchi,M.,Faseb J.,10;444−452(1996)、プロリンデヒドロゲナーゼ:「Proline Dehydrogenase from Escherichia coli K12」,Graham S.et al.,J.Biol.Chem.259;2656−2661(1984)、および、制限なく、シトクロムCオキシダーゼ(ウンデシル−(β−D−マルトシドもしくはシクロヘキシル−ヘキシル−β−D−マルトシドのどちらかを用いて結晶化された)、シトクロムbc1:「Ubiquinone at Center N is responsible for triphasic reduction of cytochrome bc1 complex」,Snyder C.H.,and Trumpower B.L.,J.Biol.Chem.274;31209−16(1999)、シトクロムbo3:「Oxygen reaction and proton uptake in helix VIII mutants of cytochrome bo3」,Svensson M.et al.,Biochemistry 34;5252−58(1995),「Thermodynamics of electron transfer in Escherichia coli cytochrome bo3」,Schultz B.E.,and Chan S.I.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95;11643−48(1998)、およびシトクロムd:「Reconstitution of the Membrane−bound,ubiquinone−dependent pyruvate oxidase respiratory chain of Escherichia coli with the cytochrome d terminal oxidase」,Koland J.G.et al.,Biochemistry 23;445−453(1984)、Joost and Thorens,「The extended GLUT−family of sugar/polyol transport facilitators:nomenclature,sequence characteristics,and potential function of its novel members(review)」,18 Mol.Membr.Biol.247−56(2001)を含むシトクロム、ならびにGoldin A.L.,「Evolution of voltage−gated Na(+)channels」,J.Exp.Biol.205;575−84(2002),Choe,S.、「Potassium channel structures」,Nat.Rev.Neurosci.3;115−21(2002)、Dimroth P.,「Bacterial sodium ion−coupled energetics」,Antonie Van Leeuwenhoek 65;381−95(1994)、およびPark J.H.and Saier M.H.Jr.,「Phylogenetic,structural and functional characteristics of the Na−K−Cl cotransporter family」,J.Membr.Biol.149;161−8(1996)に開示された物を含む選択的チャネルタンパク質である。上記はすべて、本明細書の一部をなすものとする。そのようなNADHデヒドロゲナーゼ酵素を単離する方法は、例えばBraun et al.,Biochemistry 37:1861−1867,1998、およびBergsma et al.,「Purification and characterization of NADH dehydrogenase from Bacillus subtilis」,Eur.J.Biochem.128:151−157,1982に詳細に記載されている。Spehr et al.,Biochemistry 38:16261−16267,1999によって記載されたように、オペロンから発現する複合体I NADHデヒドロゲナーゼ(もしくは、NADH:ユビキノンオキシドレダクターゼ)は、本発明において使用するために有用な量を提供するために、T7プロモーターを置換することによって大腸菌内で過剰発現させることができる。複合体Iは、Spehr et al.により記載された方法によって、ドデシルマルトシドによる可溶化を使用して過剰発現大腸菌から単離できる。
複合体Iは、NADHデヒドロゲナーゼが排除または大きく減少させられるように処理することができる。www.jbc.org,2002(Manuscript M112357200)での発表が受け付けられてウェブ発行されたBoettcher et al.,「A Novel,Enzymatically Active Conformation of the Escherichia coli NADH:Ubiquinone Oxidoreductase(Complex I)」に記載されているように、高塩分または高pH溶液中では、複合体Iは、プロトン輸送がNADHデヒドロゲナーゼ活性から解放されてDH−形を作製するように配座を変化させる。本出願人らは、これらの条件およびこれらの条件の組み合わせを使用して、本発明の燃料電池がアノード/カソードバリアにおいてNADHデヒドロゲナーゼ活性を伴わずに作動できることを証明した。このような条件には、200mM〜2Mのアノード液もしくはアノード塩濃度、および8.0以上のpHが含まれる。トランスポーター活性は、アノード側とカソード側の間の電荷不均衡を原因とすること、反対の[H+]勾配に逆らって機能すると考えられる。DH形のプロトントランスポーター活性は、この形態によりゲートされた生体適合性膜が電荷不均衡を軽減するための唯一の手段を提供する燃料電池内での電流生成の維持から確証されている。(複合体Iを用いると逆輸送はさらにカソード側でいずれかの逆に方向付けられた複合体IのNADHデヒドロゲナーゼ結合を維持し、それによりNADH基質の欠如に起因する逆輸送を遮断する条件を使用することによってさらに逆にコントロールされたことに注目されたい。)
本発明で使用される酵素起源がより温度安定性の酵素を提供する好熱性生物であってよいことは認識されるであろう。例えば、複合体Iは、Scheide et al.,FEBS Letters 512:80−84,2002(複合体Iに対して他の場所で使用されたタイプの洗剤抽出を使用する予備的単離について記載している)に記載されたように、90℃で最適に機能する形態でAquifex aeolicusから単離することができる。
さらに、修飾酵素等の遺伝子組み換えポリペプチドを使用できることも予期されている。酵素を遺伝子組み換えにより操作するために一般的に適用される1つの技術は、N−末端、C−末端または内部配列を欠失させるために遺伝子組み換えツール(例、エキソヌクレアーゼ)を使用することである。これらの欠失産物は、通常の実験を使用して系統立てて作製され、試験される。たいていの場合、遺伝子産物の重要な部分は当該の産業用機能にほとんど影響を及ぼさないことを見いだすことができる。より集中的な欠失および置換は、安定性、作用温度、触媒率および/または溶媒適合性を増加させて、本発明に使用できる酵素を提供することができる。当然ながら、所望に応じて、本明細書に記載した様々なポリペプチドの混合物を使用することが可能である。
使用するポリペプチドの量は、使用するポリペプチドのタイプ、生体適合性膜の性質および機能、生体適合性膜が使用される環境等に伴って変動する。ポリペプチドの量は、一般に表面積1cm2当たりのポリペプチド濃度が高いほど単位面積当たりのプロトン移動速度(電流に関して)が速くなる燃料電池等の一定の用途にとって重要なことがある。しかし一般に、一部のポリペプチドが存在していて機能的である限り、そして使用されるポリペプチドの量が膜の形成を妨害しない、または膜を不安定にさせない限り、ポリペプチドのあらゆる量が可能である。一般に、ポリペプチドの量は生体適合性膜の最終重量に基づいて少なくとも0.01重量%、より好ましくは約5重量%、いっそうより好ましくは10重量%、さらになおより好ましくは少なくとも約20重量%、そして最も好ましくは30重量%以上であろう。溶媒に対するポリペプチドの量は、0.001%(w/v)のように小さくても、そして50.0%(w/v)のように多くてもよい。好ましくは、濃度は約0.5〜約5.0%(w/v)である。より好ましくは、濃度は約1.0〜約3.0%(w/v)である。
特にポリペプチド溶液と結び付けて、共溶媒、洗剤等の適切な可溶化剤および/または安定剤もまた必要になることがある。可溶化洗剤は、一般に0.01〜1.0%の濃度レベルで見いだされるが、より好ましくは約0.5%までが予期されている。そのような洗剤には、イオン洗剤:ドデシル硫酸ナトリウム、N−ドデシルサルコシネートナトリウム、N−ドデシル−β−D−グルコピラノシド、オクチル−β−D−グルコピラノシド、ドデシルマルトシド、デシル、ウンデシル、テトラデシルマルトシド(一般に、イオン洗剤の一般形として糖へ結合した約8個以上の炭素のアルキル鎖)、オクチル−β−D−グルコシドおよびpolyoxytheylane(9)ドデシルエーテル、C12E9ならびにtriton X−100、もしくはNonidet P−40等の非イオン洗剤が含まれる。さらに有用であるのは、一定のポリマー、典型的にはBASF社製のPluronicシリーズ、またはDisperplast(BYK−Chemie社製)等の界面活性特性を示すジブロックコポリマーである。
合成高分子材料溶液を製造する際に使用する溶媒は、好ましくは使用する水(ポリペプチド溶液は水を含有することが多い)および少なくとも1つの合成高分子材料(ポリマー、コポリマーおよび/またはブロックコポリマー)の両方と混和性であるように選択される。しかし、上記のように、水混和性ではない溶媒または混合物を使用して膜を形成することは可能である。溶液を生成するための溶媒の使用が好ましいが、本明細書で使用する用語「溶液」には、一般に懸濁液も同様に含まれる。
ブロックコポリマーを使用する場合、溶媒はこれらの合成高分子材料を可溶化しなければならない。合成高分子材料は溶媒中では相当に難溶性(5%(w/v))である可能性があるが、合成高分子材料は好ましくは5%(w/v)より可溶性であり、そして一般的には溶解度は合成高分子材料対溶媒比が少なくとも5〜10%(w/v)、好ましくは10%(w/v)を超えるのが好ましい。
適切な溶媒には、制限なく、メタノール、エタノール、2−プロパノール、イソプロパノール、1−プロパノール等の1〜12炭素の低分子量脂肪族アルコールおよびジオール、フェノール、ベンジルアルコール等のアリールアルコール、アセトン、メチルエチルケトン等の低分子量アルデヒドおよびケトン、ベンゼン、シクロヘキサン、トルエンおよびテトラヒドロフラン等の環状化合物、ジクロロメタンおよびクロロホルム等のハロゲン化溶媒、ならびに1,4−ジオキサン、正常アルカン(C2〜C12)および水等の一般的溶媒材料を含むことができる。溶媒混合物もまた、該混合物が個別溶媒について記載された適切な混和性、蒸発率およびその他の基準を有する限り、可能である。(過酸化物等のタンパク質破壊性汚染物質を形成する傾向を有する溶媒成分は、それらが適切に精製および処理できる限り使用できる。)溶媒は、典型的には30%(v/v)以上、好ましくは20%(v/v)以上、そして有用には10%(v/v)以上のポリペプチド/合成高分子材料を含んでいる。
膜が洗剤、脂質(例、カルジオリピン)、ステロール(例、コレステロール)またはバッファーおよび/または塩等の「他の材料」を含まなければならない場合は、それらもまた膜の形成前に添加されなければならず、それらは最終生体適合性膜の約0.01〜約30重量%、好ましくは約0.01〜約15重量%の量で存在するであろう。添加剤とは対照的に、その他の材料は合成高分子材料とではなく、最も頻回にはポリペプチド溶液と混合される。
本発明に係る生体適合性膜は、結果として生じる生体適合性膜が本明細書に記載したように有用である限り、合成高分子材料およびさらに脂質二分子層からの膜の製造に使用される多数の従来型技術のいずれか1つを使用して製造できる。ブロックコポリマーを基剤とする膜と一緒に使用するのに好ましい生体適合性膜を形成する1つの方法は、以下の通りである。
1. 溶媒もしくは混合溶媒系中で合成高分子材料の溶液もしくは懸濁液を作製する。該溶液もしくは懸濁液は2種以上のブロックコポリマーの混合液である可能性があるが、1種以上のポリマーおよび/またはコポリマーを含有していてよい。溶液もしくは懸濁液は、好ましくは1〜90%(w/v)、より好ましくは2〜70%(w/v)、またはさらにより好ましくは3〜20%(w/v)の合成高分子材料を含有する。7%(w/v)が特に好ましい。
2. 1つ以上のポリペプチド(典型的には可溶化洗剤を備える)を個別に、または既存ポリマー溶液もしくは懸濁液へ添加することのいずれかによって溶液もしくは懸濁液中に入れる。合成高分子材料を可溶化するために使用する溶媒が同一である場合、または該ポリペプチドを可溶化できる溶媒と類似の特徴および溶解度を有する場合、通常はポリマー溶液もしくは懸濁液へ該ポリペプチドを直接に添加するのがより便宜的である。さもなければ、合成高分子材料およびポリペプチドを含有する2種以上の溶液もしくは懸濁液は、もしかすると追加の共溶媒または可溶化剤と混合しなければならない。最も頻回には、ポリペプチドのために使用する溶媒は水性である。
これらの溶液および/または懸濁液の混合は、多くの場合相当に単純であり、手作業で、または自動混合器具を用いて遂行できる。使用する溶媒およびポリマーに依存して、膜の形成には加熱または冷却もまた有用なことがある。一般に、迅速に蒸発する溶媒は冷却による場合より良好に膜を形成する傾向があるが、他方極めて緩徐に蒸発する溶媒にはわずかな程度の加熱が最も有益であろう。使用するポリマーのために適切であることを条件に、最も好都合な特徴を備える溶媒を選択するために使用する溶媒の沸点を調査することができる。しかし、当然ながら溶媒ポリマー混合物内へポリペプチドを組み込む必要についても考察しなければならないが、これは重要なことではない可能性がある。例えば、10mg/mLの複合体Iを有する5μLの洗剤可溶化複合体I(0.15%(w/v)のドデシルマルトシド)をアセトンおよびヘキサンの50/50混合液中の3.2%(w/v)ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレントリブロックコポリマー(BASF社から入手できるSTYROLUX 3G55の登録商標を付けて販売された完全疎水性トリブロック(ロット番号7453064P))の混合物95μL内へ混合し、膜形成を許容する方法で同一物を沈着させることが可能である。この場合、最終混合液は合成高分子材料の重量に比較して約5%(v/v)の水、および0.75%(w/w)の複合体Iを含有していた。一般に、溶液は、溶媒がその時間中には蒸発しないことを条件に、少なくとも約30分間は有用であるために室温で十分に安定性である。それらは、一般に冷蔵条件下で、一晩以上保管することができる。
3. 1つ以上のポリペプチドおよび合成高分子材料の両方を含有するある量の最終溶液もしくは懸濁液を膜に形成させ、少なくとも一部には乾燥するに任せると、それにより溶媒の少なくとも一部分が残る。本発明により製造された膜の一部を完全に乾燥させる、または同一物を実質的に乾燥させることが可能である。「実質的に乾燥させる」とは、約15%までの一部の残留溶媒があってよいことを意味しており、これは数時間にわたり室温に放置された場合でさえ多くの場合保持される。
特に好ましい実施形態では、最終膜の実質的全重量はポリペプチドまたは合成高分子材料のいずれかであろう。この場合、添加剤および安定化ポリマーを含む合成高分子材料の量は、最終膜の約70〜約99重量%の範囲に及ぶ。しかし、ポリペプチド含量の方がさらに多いことが望ましいことがある、または一部の溶媒を保持する必要があることがあるので、それに応じて合成高分子材料の量が低下することがある。しかし一般に、最終生体適合性膜の少なくとも約50重量%は合成高分子材料であろう。合成高分子材料がブロックコポリマーおよび安定化ポリマー以外のポリマーもしくはコポリマーを含有する混合物である場合、ブロックコポリマーは生体適合性膜の少なくとも約35重量%の量で存在する可能性がある。生体適合性膜の約30重量%までは、本明細書に定義したように「添加剤」および「その他の材料」(集合的に)であってよい。より好ましくは、添加剤およびその他の材料の量は、生体適合性膜の重量で約15%までである。合成高分子材料の約30重量%までは安定化ポリマーであってよい。一般に、安定化ポリマーは、合成高分子材料の約5〜約20重量%の量で存在する。
どの溶媒が本発明により特に有用であるか、そしてポリマーおよびポリペプチドならびに溶媒のどの組み合わせを使用すべきかの同定は、多数の要素に左右されるが、それらの要素の一部は混和性、蒸発等の問題として既に考察されている。ポリマーおよびタンパク質成分は、溶媒または溶媒混合物中に完全に溶解させることができなければならない。蒸発速度は、膜を1回で製造できるように十分に長くなければならない。しかし、時間の量は、製造を実行不可能にさせるほど長くてはならない。無極性溶媒が有用なことがあるが、ポリマーのイオン性またはヒドロキシル成分は完全に無極性溶媒中では溶解性が不良なことがあるので、一般に一定の状況ではより無極性溶媒は有用ではないことがある。そこで、ポリスチレン等の高度に剛性の疎水性成分を溶解させることが可能であり、そしてアクリル酸等の高度にイオン性の成分を同時に溶解させることは不可能であることがある。しかし、完全に疎水性の性質を持つポリマーを用いた場合は、無極性溶媒が好ましい。溶媒は一般に、ポリマーが少なくとも一部には非水溶性でなければならないので、一部には非水性でなければならない。そして水混和性は膜タンパク質再構成にとって最も望ましいが、厳密な限定因子ではない。そこで、好ましくは、すべての溶媒は非水性である。しかし、ポリペプチドおよび安定化ポリマーのための溶媒は、主として水、または少なくとも水混和性である。
少なくとも1つの合成高分子材料および安定化ポリマーを含む生体適合性膜を形成する好ましい方法には、ブロックコポリマーの適切な溶液を作製するステップ、および通常は個別にポリマーおよびポリペプチドを安定化させるステップが含まれる。他の場所で記載したように、ポリペプチドは1つ以上の洗剤または界面活性剤を含んでいてよく、典型的には水溶液である。適切な溶液を作製および混合すると、例えば、孔の開いた誘電基板を溶液でコーティングし、その後に溶媒を少なくとも部分的に蒸発させることを含む、本明細書に開示した、または当技術分野において知られている技術のいずれかによって作製できる。そのような蒸発は、真空中では促進することができる。
水素結合に富む安定化ポリマーを含有する生体適合性膜を形成する1つの方法は、以下の通りである。
1.供給された溶媒中のProtolyte A700ブロックコポリマーの溶液もしくは懸濁液を等量のエタノールを用いて希釈する(5%水(w/v))。この溶液は、約5%(w/v)のブロックコポリマーを含有する。
2.別々に、安定剤の水溶液もしくは懸濁液は、約2.3%(w/v)の濃度を有する溶液を生成するために943mgのポリエチレングリコール(PEG)8000を混合することによって作製する。溶液中の安定剤の濃度は飽和限界に近い。
3.次に、0.15%(w/v)のドデシルマルトシドと一緒に10mg/mLの大腸菌由来複合体Iを含む4μLの溶液を6μLのPEG溶液に添加し、それらを混合して溶液もしくは懸濁液を生成する。
4.その後、この溶液10μLとブロックコポリマーを含む10μLの溶液とを混合する。
5.結果として生じた少量(例、4μL)の溶液を、ポリイミドの1ブランドである厚さ1ミル(25.4μ)のKAPTONの穿孔基板の小集団のアパーチャ(支持体を通して開けられた穴)上に落とすが、該穿孔基板は径100μmおよび深さ1ミルの複数のアパーチャを有する。
6.この溶液をフード内で風乾させ、それにより溶媒を除去する。
7.全アパーチャを被覆するために必要に応じてステップ5および6を繰り返す。
2.別々に、安定剤の水溶液もしくは懸濁液は、約2.3%(w/v)の濃度を有する溶液を生成するために943mgのポリエチレングリコール(PEG)8000を混合することによって作製する。溶液中の安定剤の濃度は飽和限界に近い。
3.次に、0.15%(w/v)のドデシルマルトシドと一緒に10mg/mLの大腸菌由来複合体Iを含む4μLの溶液を6μLのPEG溶液に添加し、それらを混合して溶液もしくは懸濁液を生成する。
4.その後、この溶液10μLとブロックコポリマーを含む10μLの溶液とを混合する。
5.結果として生じた少量(例、4μL)の溶液を、ポリイミドの1ブランドである厚さ1ミル(25.4μ)のKAPTONの穿孔基板の小集団のアパーチャ(支持体を通して開けられた穴)上に落とすが、該穿孔基板は径100μmおよび深さ1ミルの複数のアパーチャを有する。
6.この溶液をフード内で風乾させ、それにより溶媒を除去する。
7.全アパーチャを被覆するために必要に応じてステップ5および6を繰り返す。
上記に記載した、ブロックコポリマーの存在下で1つ以上の非水性溶媒と混合する前に安定化ポリマーを含有する溶液へポリペプチドへ導入する方法は、生体適合性膜で使用されるポリペプチドの機能を安定化させると考えられる。しかし、ポリマーおよびブロックコポリマーもまた混合することができ、結果として生じる溶液は一般的に水性のポリペプチド溶液と混合することができよう。任意で、膜形成を保証するために各アパーチャを検査する、または顕微鏡を使用して少なくとも統計学的に適切なアパーチャの数を検査する。アパーチャが膜を含有していない場合、追加の溶液およびマイクロピペット規模のピペッティング装置を使用して穴を修復する。そのような穴を修復するためには、典型的には、極めて少量の溶液しか必要としない。膜は、真空装置中、または乾燥器中で完全に、または実質的完全に乾燥させることができる。このように形成された膜は、真空中で保管、乾燥することができる、または所望であれば、脱水乾燥させることができる。
生体適合性膜がメタクリレート等の架橋成分を組み入れており、そして燃料電池で使用される場合は、以下の手法を使用できる。
カソード/アノードバリアを形成する支持体内で生体適合性膜を調製する。
アノード/カソードバリア支持体、電極およびバッファーだけの上で生体適合性膜を備える電池を組み立てる。
2つの電極をおよそ150キロオーム等の高負荷へ接続する。
架橋結合工程を開始させるために、例えば、過酸化物の濃度が容積で1%であるように、カソード側へ過酸化水素を添加する。
燃料電池を例えば1時間(±10%)のような時間に渡り負荷下に置く。
架橋結合を停止させるためにカソード側のpHをpH5未満へ調整する。
アノード/カソードバリア支持体、電極およびバッファーだけの上で生体適合性膜を備える電池を組み立てる。
2つの電極をおよそ150キロオーム等の高負荷へ接続する。
架橋結合工程を開始させるために、例えば、過酸化物の濃度が容積で1%であるように、カソード側へ過酸化水素を添加する。
燃料電池を例えば1時間(±10%)のような時間に渡り負荷下に置く。
架橋結合を停止させるためにカソード側のpHをpH5未満へ調整する。
パラメータは、膜材料、生体適合性膜のサイズ、生体適合性膜の厚さ、支持体の構造等のような条件に依存して調整できる。
ポリペプチド/合成高分子材料溶液が生成されると、膜に形成することができる。本発明に係る生体適合性膜は、独立して立つ膜であってよい。このような膜は、それらが所望の厚さを達成するように、溶液を皿の中、またはシート上へ注入することによって形成できる。この溶液を乾燥させて溶媒を蒸発させると、乾燥した膜を皿から取り外すことができる、または裏層から剥がすことができる。この工程に役立つように適切な粘着防止剤を使用できる。生体適合性膜は、ガラス、疎水性を増加させるために表面修飾されている炭素、またはポリマー(ポリ酢酸ビニル、PDMS、Kapton(登録商標)、ペルフルオロ化ポリマー、PVDF、PEEK、ポリエステル、もしくはUHMWPE、ポリプロピレンもしくはポリスルホン等)上へ塗布するステップ等によって固体材料を背景に形成することができる。PDMS等のポリマーは、その上に生体適合性膜を形成できる開口部を確立するために使用できる素晴らしい支持体を提供する。
膜は、必要に応じて切断もしくは成形することができる、またはそのまま使用できる。さらに、膜の使用を促進するために、所望であれば、膜は物理的に、またはある種の結合装置もしくは接着剤を通してホルダーへ取り付けることができる。これは概念的には、フレームが支持体で膜がキャンバスであると見なすと、絵を描く前にフレームの上にキャンバスを張るステップと同様であると説明することができる。あるいは、膜はそのような構造を備えて形成できる。適切な例えは、シャボン玉を作るために使用される子供用のバブルワンドを取り、それを石鹸水の溶液に浸けることであろう。石鹸水の膜はワンドの開口部の全域に渡って形成される。周辺に使用した構造材料は、フィルムを取り扱って操作することを可能にし、剛性および強度を提供する。これはまたフィルムに所望の形状を与えるためにも役立つ。同様の種類の工程は、本発明の溶液を形成する物理的構造および膜を用いて使用できる。
本発明に係る1つの好ましい実施形態では、生体適合性膜は好ましくは誘電基板を含む様々な穿孔基板のアパーチャ内またはアパーチャの全域に渡って配置および/または形成することができる。「穿孔基板」とは、基板がその中に、またはそれに被せて生体適合性膜を配置できる少なくとも1つの穴、アパーチャ(本明細書で使用するように穴と同義語)もしくは孔を有することを意味する。例えば、図3bは燃料電池内で有用な膜構造の実施形態を示す図である。様々な穿孔部49を規定する穿孔基板42は、穿孔アノード44および穿孔カソード45を形成するために金属化された表面を有する。さらに、穿孔基板42は例えばドリル孔を有していない多孔性基板であってよいことにも注目されたい。このような例では、穿孔部49は孔であると理解されなければならない。本発明に係る生体適合性膜61は、穿孔基板42のアパーチャ49または穿孔基板42の全域に渡って形成され、そしてアノードの表面へ直接取り付けられる。生体適合性膜61はさらにまた、穿孔部内へアノード44と同一平面で配置することができる、またはカソード45に取り付ける、もしくは隣接させることができる。例えば、1つの膜は例示したようにアノードの全域に渡って配置し、もう1つの膜はアノード45等と同一平面で基板42の穿孔部49内に配置することで、2つの膜61を提供することができる(図示せず)。膜61は、使用する合成高分子材料、使用するポリペプチドまたはその両方に関して同一であっても異なっていてもよい。実際に、複数のそのような膜61、および実際に生体適合性膜61の層を他のタイプの膜、拡散性バリア等と結び付けて使用できる。上記は図3bの状況において説明してきたが、他の構造、および特にあらゆるタイプの燃料電池構造に同等に適用できる。生体適合性膜61は、例示したように1つ以上のポリペプチド62および63を含むことができる。
基板上に電極(44、45)を形成するために使用できるコーティング方法には、その後にメッキ、スパッタリングを実施する導体の第1コーティングもしくはラミネーション、またはチタンまたは金もしくは白金等の貴金属導体を用いて被覆する他のコーティング法の使用が含まれる。また別の方法は、クロムもしくはチタン等の付着層を支持体上へ直接スパッタリングし、その後に貴金属導体へ取り付けるためにメッキ、スパッタリングもしくは他のコーティング法を実施する方法である。外側金属層は、好都合にはドデカンチオール等を使用してその疎水性を増加させるために処理できる。
一部の実施形態では、KaptonおよびTeflon等の高い自然表面電荷密度を備える支持体または基板が好ましい。上記のように、これらは表面電極を使用せずにアノード/カソードバリアを形成するために使用できる。基板42は、多くの場合に好ましくは誘電性である。
基板42の穿孔部もしくは孔49および金属化面(アノード44およびカソード45(いわゆる電極を使用する実施形態のため))は、例えば当技術分野においてよく知られているフォトリソグラフィーのマスキングおよびエッチングの技術を用いて構成することができる。穿孔部もまた、例えばパンチング、ドリリング、レーザードリリング、ストレッチング等によって形成できる。あるいは、金属化面(電極)は例えば、(1)マスクを通しての薄膜溶着によって、(2)薄膜による金属化のブランケット式コーティングを提供し、その後感光させ、選択的に金属化内へパターンをエッチングすることによって、または(3)金属含浸レジストを使用して、エッチングを使用せずに金属化パターンを直接に感光させることによって形成できる(DuPont Fodel process,Drozdyk et al.,「Photopatternable Conductor Tapes for PDP Applications」,Society for Information Display 1999 Digest,1044−1047、Nebe et al.,米国特許第5,049,480号)。1つの実施形態では、穿孔基板、もしくは多孔性基板はフィルムである。例えば、誘電体は、金属化により「穿孔部」の外側で非透過性にされている多孔性フィルムであってよい。金属層の表面は、例えば電気メッキにより他の金属を用いて修飾することができる。このような電気メッキは、例えばチタン、金、銀、白金、パラジウム、それらの混合物等を用いて行われる。金属化面に加えて、電極は他の適切な導体材料によって形成でき、その材料は表面修飾できる。例えば、電極はグラファイト繊維を含む炭素(グラファイト)から形成でき、これは例えば電子ビーム蒸着、化学気相蒸着もしくは熱分解によって誘電基板へ適用できる。金属化すべき表面は溶媒洗浄し、酸素プラズマエッチングすることができる。親水性電極を形成するために有用な手段は、例えばSurampudiの米国特許第5,773,162号、Surampudiの米国特許第5,599,638号、Narayananの米国特許第5,945,231号、Kindlerの米国特許第5,992,008号、Surampudiの国際特許出願第96/12317号、Surampudiの国際特許出願第97/21256号およびNarayananの国際特許出願第99/16137号に記載されている。
本発明に使用する生体適合性膜は、任意で固体支持体に接触させて安定化される。そのような安定化を実施する1つの方法は、金属表面または別の固体支持体の表面を生体適合性膜へ接着する、拘束するまたは固着するために脂質関連分子の硫黄媒介性結合を使用する。例えば、多孔性支持体は犠牲的もしくは除去可能な充填剤層を備えてコーティングすることができ、被覆された表面は例えば、研磨により平滑化できる。そのような多孔性支持体は、典型的にはプロトン導電性ポリマー膜をコーティングに続いて平滑化でき、以下で記載した加工処理に対して安定性である限り、上記で考察したプロトン導電性ポリマー膜のいずれかを含むことができる。1つの有用な多孔性支持体はガラスフリットである。平滑化した表面はその後クロムの第1層および金の上塗りを備えるように、金属を用いて被覆する(必要に応じて事前に洗浄を行う)。その後、犠牲的材料は、溶解、孔を取り囲んでいる金属化面を残しながら孔の上方の金属化を取り除く等によって除去する。犠牲的層は、フォトレジスト、パラフィン、セルロース樹脂(エチルセルロース等)その他を含むことができる。
つなぎまたは接着剤には、図7Aおよび7Bに例示したように生体適合性膜を接着するために適合するアルキルチオール、アルキルジスルフィド、チオ脂質等が含まれる。そのようなつなぎは、例えば、Lang et al.,Langmuir 10:197−210,1994に記載されている。このタイプの追加のつなぎは、Langらの米国特許第5,756,355号およびHuiらの米国特許第5,919,576号に記載されている。
図3dは類似の配置を含んでいる。しかし、生体適合性膜61が実際にアノード44の金属化面に取り付けられている図3bとは相違して、図3dでは、それが必ずしもアノード44またはカソード45に接触しないように、膜61は穿孔基板42のアパーチャ49内に形成される。これらの図は縮尺表示されていないこと、膜は電極より厚いまたは薄い場合があること、そして穿孔基板42より厚いまたは薄い場合があることに注目されたい。さらにまた、図3bでは、生体適合性膜61はアノード44とカソード45の間には配置されていないことに注目されたい。しかし図3dでは、生体適合性膜61はアノード44とカソード45の間に配置される。図3bおよび3dの各々では、基板42と生体適合性膜61の組み合わせは(図3bにおけるアノード44と一緒に)バリアと呼ぶこともできる構造を形成する。
図3eは、燃料電池のための好ましい実施形態を図示している。この図では、膜61および穿孔基板42(孔、穿孔部もしくはアパーチャを含んでいる基板)の配置は、図3dと結び付けて以前に記載した通りである。しかし、カソードおよびアノードは、穿孔基板から間隔をあけて置かれている。それらは平板電極であってよいが、表面上には置かれない、または基板42もしくは膜61と接触さえしていない。この場合、膜61および基板42がバリアである。
生体適合性膜は、例えばNikiらの米国特許第4,541,908号(電極へのシトクロムCのアニーリング(annealing cytochrome C to an electrode))およびPersson et al.,J.Electroanalytical Chem 292:115,1990に詳細に記載された方法によって、孔、穿孔部もしくはアパーチャ49およびその中に取り込まれた酵素の全域に渡って形成することができる。そのような方法は、以前に考察したようなポリペプチドおよび合成高分子材料の適切な溶液を作製するステップを含むことができ、穿孔基板49、好ましくは誘電基板は酵素含有生体適合性膜を形成するために該溶液中に浸けられる。生体適合性膜内への酵素の取り込みを促進するために、超音波処理または洗剤希釈が必要になることがある。例えば、Singer,Biochemical Pharmacology 31:527−534,1982、Madden,「Current concepts in membrane protein reconstitution」,Chem.Phys.Lipids 40:207−222,1986、Montal et al.,「Functional reassembly of membrane proteins in planar lipid bilayers」,Quart.Rev.Biophys.14:1−79,1981、Helenius et al.,et al.,「Asymmetric and symmetric membrane reconstitution by detergent elimination」,Eur.J.Biochem.116:27−31,1981、Methods in Enzymology series,Academic Pressに含まれる「Volumes on biomembranes」(例えば、Fleischer and Packer(編集))を参照されたい。
あるいは、Teflon等の小さなアパーチャを備える疎水性材料から製造された薄い区画(あるのが好ましいが、必ずしも必要ではない)は導入された少量の両親媒性物質を有する。被覆されたアパーチャを薄い電解質液に浸漬させると、液滴は該アパーチャの全域に渡って薄くなり、同時に自己志向性で広がる。実質的面積の生体適合性膜は、この一般的技術を使用して調製されている。生体適合性膜自体を形成するための2つの一般的方法は、Langmuir−Blodgett技術および注入技術である。
Langmuir−Blodgett技術は、中心にTeflon(商標)ポリマー仕切り等の仕切りを備えるLangmuir−Blodgettトラフの使用を含んでいる。このトラフには水溶液を充填する。ポリマー仕切のアパーチャは水位より上方に置く。ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液を表面全体に広げ、アパーチャの上方で生体適合性膜を形成する水溶液中へポリマー仕切りを緩徐に低下させる。注入法は、ポリマー仕切りを固定して保持すること以外は類似である。この方法では、水相をアパーチャのすぐ下まで充填し、溶液を表面の上方へ導入すると、液体レベルは下方から追加の電解質液を注入することによって仕切りの上方へ挙がる。
生体適合性膜を形成するまた別の方法は、自己集合の技術を使用する方法である。これは、上記の2つの技術からの変法であり、事実上、合成脂質膜を加工するために使用されて良好な結果が得られた最初の技術である。この技術は、上記の膜形成溶液の調製を含んでいる。溶液の液滴を、多くの場合に疎水性膜である穿孔基板42内に導入する。基板42をその後、薄い水性電解質液内に浸けると、その後液滴は自然に薄くなり、そして特定方向に向くであろう。残りの材料はその層の周囲へ移動し、そこでPlateau−Gibbs境界と呼ばれるリザーバーが形成される。
基板42の厚さは、アパーチャまたは多孔性材料を有する穿孔基板である場合は、例えば約15μm〜約5mm、好ましくは約15μm〜約1,000μm、そしてより好ましくは、約15μm〜約30μmである。穿孔部または孔の幅は、例えば約1μm〜約1,500μm、より好ましくは約20μm〜約200μm、そしていっそうより好ましくは約60μm〜約140μmである。約100μmが特に好ましい。好ましくは、穿孔部または孔は、面積の約50〜約75%等の、チャンバー間の輸送に関係する誘電基板のいずれかの面積を約30%超える面積を含んでいる。
一定の好ましい実施形態では、基板は、ガラスもしくはポリマー(例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、Kapton(登録商標)(ポリイミドフィルム、Dupont de Nemours社製、デラウェア州ウィルミントン)、ペルフルオロ化ポリマー(Teflon、DuPont de Nemours社製、デラウェア州ウィルミントン)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、例えばAtofina社(ペンシルバニア州フィラデルフィア)製のKynar(商標)として販売されている約59%のフッ素を含有する半結晶性ポリマー)、PEEK(以下で定義する)、ポリエステル、UHMWPE(以下で定義する)、ポリプロピレンもしくはポリスルホン等)、ソーダ石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または金属でコーティングされた上記のいずれかである。生体適合性膜(両親媒性分子の単分子層または二分子層等)を固定するためには金属を使用できる。金属コーティングは、それらがアノード区画とカソード区画との間の短い導電性経路を提供すると思われるあらゆる接合部からは退けることができる。本発明の特に好ましい態様では、穿孔基板42は誘電材料から製造される。
ポリペプチド62は、アノード区画に対する酸化反応およびプロトンの非対称ポンピングのために触媒部位の接近を許容するように適切に方向付けして生体適合性膜に固定化できる。しかしポリペプチドが非対称性で方向付けられない場合、逆に方向付けられたポリペプチドはその状況に依存する様々な理由のために有害ではない。第1に、アノード側上で燃料電池により作り出された電荷不均衡は、プロトン濃度勾配に逆らってさえカソード側へのプロトン輸送を駆動する。ポンピングが低下した電子伝達体の使用と関連している状況では、電子伝達体はアノード区画41内で実質的に絶縁されているので、逆ポンピングはそのような伝達体を有していない。(「実質的に絶縁された」とは、当業者は燃料電池の作動を許容するために十分に絶縁されている状態と認識するであろう。)
図4a〜4cに示すような実施形態では、生体適合性膜61は架橋成分を含有しており、面取り縁を備えるアパーチャを超えて基板42へ形成されている。面取り角は、生体適合性膜の安定性を増加させるあらゆる角度であってよい。架橋ブロックコポリマーが相当に低剛性である場合は、より大きな面取り角を使用すると安定性を増加させることができ、他方、より剛性の架橋ブロックコポリマーのためには面取り角がより小さい方が適切なことがある。例示したように、安定性を増加させるために多数の面取り形状が寄与することがある。
本発明に係るまた別の代替実施形態では、ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液は、図3bに例示したような穿孔材料ではなくむしろ多孔性支持材料の表面の全域に渡って配置することができる。例えばプロトンが膜を超えてポンピングされると、それらは支持バリア材料の孔を通って移動できるであろう。
基板が穿孔基板または多孔性基板のいずれであっても、膜をその全面に渡って形成することは必要ではない。例えば、穿孔基板の全面に渡って膜を形成するのが便宜的である場合があるが、ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液を穿孔部内へ選択的に導入すること、または穿孔部を単に横切らせることが好ましいことがある。
本発明に係る生体適合性膜の厚さは、特定サイズの孔、穿孔部、皿もしくはトレイ等へ導入される容量をコントロールすることのような知られている技術によって調整できる。膜の厚さは、その組成物および機能により大きく決定されるであろう。複合体I等の膜貫通プロトン輸送複合体を含むことが意図される膜は、酵素複合体へ十分な支持および方向付けを提供するために十分に厚くなければならない。しかし、膜を超えるプロトンの有効な輸送を妨害するほど厚くてはならない。以前に確認されたMeier et al.の論文の1つに記載された、約100個のアパーチャを備える配列内で径が約100μのアパーチャもしくは穿孔部およびポリ(2−メチルオキサゾリン)−ブロック−ポリ(ジメチルシロキサン)−ブロック−ポリ(2−メチルオキサゾリン)−トリブロックコポリマーを含有する7%(w/v)のコポリマー溶液中に約4μLの量で複合体Iを含む溶液に対しては、適切な厚さの膜を入手できる。膜の厚さは、必要とされるその寿命、その機能等に依存して広範囲に変動する可能性がある。例えばプロトンを輸送するために設計された膜は多くの場合、何かを酸化できる酵素がそれに取り付けられている膜より薄い。しかし、一般に、膜の厚さは約10nm〜100nm以上さえの範囲に及ぶであろう。実際に、燃料電池内でプロトンを輸送するために有用な生体適合性膜は、10nm〜10μmまでの厚さで良好な結果が得られている。さらに、より厚い膜が可能である。
燃料電池の作成において特に有用である本発明の一定の実施形態では、本発明の生体適合性膜はpH勾配に逆らってプロトンを輸送することができる。この考え方については本明細書でより詳細に考察する。しかし、理論的には、生体適合性膜のカソード側では、いずれかの媒質、電解質等のpHは酸性であるが、膜のアノード側のpHは塩基性である。これは、大多数の燃料電池で見いだされるものとは反対である。一般に、そのような条件はプロトンが富裕な酸性側からプロトンが相当に少ない塩基性側へのプロトンの移動に好都合であろう。しかし、本発明に係る膜の使用は、プロトンの少ない側からプロトンの多い側へ上向きにポンピングすることができる。これは、特に有用な可能性がある本発明のまた別の態様を強調している。本発明の膜は、その反対側のpH条件における相当に大きな変動にもかかわらず活性かつ機能的な可能性がある。例えば、本発明に係る膜はアノード区画内のpHがカソード区画内のpHより少なくとも0.5pH単位高い場合にプロトン移動を触媒することができる。
多くの燃料電池では、アノード区画内のpHはプロトン濃度が高いためにカソード区画内で見いだされるpHより低い。しかし、本発明により製造された燃料電池は、膜を超えて拡散によりプロトンを駆動するためにプロトン濃度差に依存する必要がない。これは、電子伝達体および/または電子伝達メディエータとして使用される種が頻回に相当にアルカリ性のpHでより効率的に機能するので、特に重要な長所である可能性がある。燃料酸化反応はさらにまたそのようなpH条件下ではより効率的な可能性がある。使用する電解質等に基づくと、燃料電池の有効寿命中にpH差を調整する必要はない。あるいは、作動中にアノードおよび/またはカソード区画へ緩衝系を、そしてさらに追加のバッファーを必要に応じて添加することができる。好ましくは、アノード区画はカソード区画内のpHより少なくとも約1pH単位高い、より好ましくは2pH単位高いpHを有するであろう。特に好ましい実施形態では、アノード区画のpHは8以上であり、カソード区画内のpHは5以下である。例えば、実施例59を参照されたい。
本発明のまた別の態様は、本明細書に記載したように生体適合性膜を使用して製造された燃料電池である。当技術分野において知られている他の適切な定義に限定することなく、燃料電池は燃料の化学変換により電気エネルギーを発生する装置である。使用する燃料のタイプ、電子輸送種(電子伝達体、可溶性酵素、伝達メディエータ等)、もしくは使用する電解質のタイプ、使用する電極のタイプ等に関して燃料電池の特定タイプは広範囲に変更されるが、それらが適切な基準を満たせる限り、それらはすべて予期されている。例えば、使用した系は生体適合性膜と適合しなければならない。例えばそれらが膜にとって腐食性である場合は、燃料電池の寿命は著しく短くなる(8時間未満の有効寿命)ことがある。使用する材料が大きな不安定性を引き起こす場合は、特定燃料が例えば本発明によると有用ではない理由となることがある。特に好ましいのは、コンピュータ、PDA、携帯電話、ポケベル、パーソナルエンターテインメントシステム、プレイステーション2、ゲームボーイ、ポータブルDVDプレイヤー、電動工具、玩具、ステレオ装置、ラジオ、カメラおよびビデオレコーダー、デジタルレコーダーならびにデジタルカメラ、懐中電灯、自動車、トラック、船、飛行機等の携帯用電子機器に使用するために十分に小型かつ軽量の燃料電池である。燃料電池は、好ましくは「グリーン(環境に優しい)」である、つまりそれらは燃料としても廃棄物としても腐食性または危険な化学薬品を含有していないので、容易に廃棄できる。さらに、これらの燃料電池は詰め替え式(追加の燃料を添加する等)であってよい、または使い捨て式/ディスポーザブルであってよい。
図1に例示したように、本発明に係る燃料電池は、アノード4を有するアノード区画1と、カソード5を有するカソード区画3とを含むことができる。このアッセンブリは、さらにまた誘電性穿孔基板または多孔性基板2を含んでいる。燃料電池はさらにまた、以前に記載したように少なくとも1つの生体適合性膜61を含む(図1には図示していない)。アノード4は導線もしくは電気接点6を有し、カソード5は、電気的に連結できる、またはそれらを電気接点に配置するように負荷もしくは抵抗を通して電気回路で電気的に連結できる導線もしくは電気接点7を有する。生体適合性膜61は図3bに示した場合のようにアノード区画内に、カソード区画内に、または図3dおよび3eに示したようにアノード区画とカソード区画との間に配置することができる。生体適合性膜はさらにまた図3dおよび3eにおけるアノードとカソードとの間に配置でき、その図ではアノード区画とカソード区画との間の境界を定義していると見なすことができる。燃料電池には、通常は2つの電極間に電気回路が形成されることを許容する電気接点が含まれる。アノードおよびカソードは、さもなければ一般に燃料電池の要素とは反応しないいずれかの導電性材料から製造できる。アノードおよびカソードは、好ましくは以前に記載した金属または炭素から製造する。アノードおよびカソードのサイズおよび形状は、燃料電池の必要な寸法に適合し、様々な化学種の通過を許容するように作製できる。図3cは、電池ハウジング51と、その穿孔部内に本明細書に記載した生体適合性膜61を含有する穿孔基板42とを含む本発明により製造された燃料電池を図示している。アノードおよびカソードは、以前に記載したように基板上にメッキされるが、個別には図示していない。しかし、図3cに示したように、アノード接点54およびカソード接点55は燃料電池内の適切な電極に取り付けられている。
図3bに例示したように生体適合性膜のための支持システムの一部として電極を使用した場合は、電極はそれを通って分子、原子、プロトンもしくは電子が流れることができる通路を提供する十分な穿孔部または他の手段を有していなければならない。しかし燃料電池が図3eに類似する構成を有する場合は、電極が完全に固体であることも可能である。しかし、さらにまた電極を通って、そしてその周囲を燃料または燃料電池の他の成分が通過できることが所望のことがあり、このためいずれにせよ穿孔部を提供することが可能である。
本発明に係る燃料電池において有用な生体適合性膜は既に考察してきた。生体適合性膜は、好ましくは、ポリペプチドを含まない同一膜の使用の結果として生じる量より大きな量での電流の通過を促進するであろう。より好ましくは、生体適合性膜は少なくとも約10mA/cm2、より好ましくは少なくとも約50mA/cm2、および最も好ましくは少なくとも約100mA/cm2の電流を促進するであろう。最も単純な実施形態では、生体適合性膜は独立して立って自立できる、もしくは周囲構造によって支持されてもよく、そしてアパーチャの全域に渡って配置されるか、またはアノードとカソードとの間に配置される。さらにまたこの場合には生体適合性膜自体が誘電性であり、それがカソード液、電解液、カソード燃料、分析物アノード燃料、その他のイオン等のアノード区画とカソード区画との間の一定の成分の自由な流れを妨害することが重要である。
次に余り複雑ではない実施形態は、同様であるが、必要な種の完全な混合を妨害することができない、または誘電性ではないのいずれかの生体適合性膜の使用を含むであろう。そのような場合、追加のバリアが必要になることがある。そのようなバリアは、以前に記載した基板42を製造するために使用されるものと同一材料から製造できるか、あるいはまた、図3dおよび3eに示したように、膜は基板42内の穿孔部もしくは孔内に、またはそれらを被覆するように配置することができる。基板のために有用な材料および同一物を調製する方法は既に考察してきた。
アノード電極は、酸化還元酵素の生物学的基質のための代用電子受容体として機能する有機金属化合物等の電子伝達メディエータを用いてコーティングできる。同様に、図3の実施形態の生体適合性膜または該生体適合性膜に隣接する構造は、そのような電子伝達メディエータを取り込むことができるか、または電子伝達メディエータはより一般的にはアノードチャンバー内で利用できる。そのような有機金属化合物には、制限なく、ジシクロペンタジエニル鉄(C10H10Fe、フェロセン、Aldrich社(ウィスコンシン州ミルウォーキー)から置換できる類似体と一緒に入手できる)、炭素上の白金、および炭素上のパラジウムを含むことができる。その他の例には、ルブレドキシンから形成されたフェロドキシンおよびSigma Chemical社から入手できるその他のフェレドキシン等の、適切な酸化/還元電位を備えるフェレドキシン分子が含まれる。その他の電子伝達メディエータには、キノンおよび関連化合物等の有機化合物が含まれる。さらにまた別の電子伝達メディエータは、メチルビオローゲン、エチルビオローゲン、もしくはベンジルビオローゲン(CAS 1102−19−8、1,1’−ビス(フェニルメチル)−4,4’−ビピリジニウム、N,N’−γ,γ’−ジピリジリウム)および下記で電子伝達メディエータの定義において列挙するいずれかである。
アノード電極(生体適合性膜に対して)には酵素を染み込ませることができるが、これは電子伝達メディエータの前または前後に適用できる。酵素と電極との結合を保証する1つの方法は、ファンデルワールス結合等の電極と酵素との結合を完成させるために十分な時間に渡り酵素溶液を電極と一緒に単純にインキュベートする方法である。あるいは、ビオチンもしくはその結合補体であるアビジン/ストレプトアビジン等の第1結合成分を、電極と、そして結合補体の付着分子を通して第1結合成分に結合した酵素とへ付着させることができる。酵素を電極またはその他の材料、および追加の電子伝達メディエータへ付着させる追加の方法は、Willner and Katz,Angew.Chem.Int.Ed.39:1181−1218,2000に記載されている。アノードチャンバーは、アノード電極に隣接もしくは結合した、またはアノード電極から離れた酵素を含むことができる。例えば、酸化還元酵素はプロトン導電性アノード/カソードバリアを形成するポリマーのアノードチャンバー側へ取り付けることができ、このときアノード側上の導電性材料の層がアノード電極を提供する。本発明の一部の実施形態では、電子伝達体は酸化還元酵素の不在下で電子をアノード電極へ移動させるために有効であると予想される。
本発明の一部の実施形態は、さらに、本発明の生体適合性膜と結合してプロトンを受動的に伝達する能力について選択されたアノード/カソードバリア:ポリマー膜の伝統的形態を使用できる。前者のアノード/カソードバリアは、プロトン勾配に逆らってポンピングするために有効であるので有用である。
二重膜をアノード/カソードバリアの穿孔部もしくは孔の全域に渡っておよび/または穿孔部もしくは孔の中に配置できる、またはアノード区画とカソード区画の間に配置できる。これらの膜は、伝統的組成の膜または生体適合性膜であってよい。そのような二重膜が観察される1つの状況は、孔の径が相当に狭い状況である。また別の状況は、異なる材料の間の別個の接合部が孔の全域に渡って別個の生体適合性膜の形成の核となるように、アノード/カソードバリアがサンドイッチ型材料から形成されている状況である。
理論に限定されなくても、第2のよりカソードに近い生体適合性膜が、第1生体適合性膜からのポンピングが高いプロトン濃度を作り出すにつれてある程度は受動的に機能し、カソード区画への受動的輸送を駆動すると考えられる。そこで、カソード区画が輸送タンパク質を損傷させると予想できる過酸化物を含有する程度まで能動輸送機能が損なわれる可能性があるが、他方第2生体適合性膜はより高濃度の過酸化物から第1生体適合性膜を隔離する。
1つの実施形態では、二重膜の利益は、その第1膜が(アノード側で)生体適合性膜に向かう過酸化物の移動を制限するためにカソードチャンバー側に取り付けられたポリペプチドおよびプロトン導電性ポリマー膜を組み込んでいる1つ以上の生体適合性膜により入手される。さらに、1つ以上の生体適合性膜とプロトン導電性ポリマー膜との間の中間帯は、能動輸送による高いプロトン濃度を獲得し、さらにカソード区画内への長い濃度勾配に沿ったそれ以上の移動を駆動する。
1つの実施形態では、孔がその中に形成される基板は、誘電性Kaptonと、導電性Kapton(取り込まれたグラファイトの存在を通して導電性)のサンドイッチである。導電性Kaptonは、アノード電極を形成することができる、またはアノード電極を形成するために適切に金属化することができる。3つの層は、相対的親水性、相対的疎水性、そして相対的親水性である。
図2は、本発明に係る燃料電池のアノード側での1つの実施形態の略ブロック図である。アノード区画が燃料を含有している。燃料は、本発明によると枯渇され、消費される有機分子である。しかし、その消費はプロトンおよび電子を発生させる。本発明により好ましい燃料は、一炭素化合物である、または一炭素化合物へ変換することができる。これらの中で好ましいのはメタノールである。しかし、燃料には制限なく、酸化可能な糖および糖アルコール、アルコール、ピルビン酸塩、コハク酸塩等、脂肪酸、乳酸、クエン酸等の有機酸、アミノ酸および短いポリペプチド、アルデヒド、ケトン等を含むことができる。この実施形態における燃料は、メタノールの場合はアルコールデヒドロゲナーゼであってよい可溶性酵素により最初に作用される。以下から明らかになるように、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよびギ酸デヒドロゲナーゼ等の他のデヒドロゲナーゼもまた使用できる、または相互に併用して使用できる。これらの可溶性酵素は燃料に作用して電子およびプロトンを発生させることができる。
可溶性酵素は、好ましくは約0.001〜約25,000単位、より好ましくは約0.1単位〜約12,500単位、および最も好ましくは約1単位〜約12,5000単位の範囲内で存在する。この状況における単位は、可溶性酵素の比活性を意味しており、活性の1単位は25℃で1分間に1μMの燃料を変換(または他の状況では酵素置換)させるために必要な量である。これらの化合物が可溶性であることも酵素であることも必要ではないので、「可溶性酵素」はいささか誤った名称である。これらの化合物は、懸濁させる、または乳化させる、および/またはビーズもしくは何らかの他の固体支持体上に固定化することができる。そのことは、それらが機能的であり、燃料に作用することができ、そして電子伝達体および/または伝達メディエータがプロトンを生体適合性膜へ、そして電子をアノードへ運ぶことを許容する限り、実際には問題ではない。
プロトンおよび電子は、燃料上への可溶性酵素の調整された作用によって補因子とも呼ばれる電子伝達体へ移動させられる。そのような電子伝達体の1つはNAD+/NADHである。電子伝達体には、制限なく、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADHと表示する。酸化型はNADもしくはNAD+と表示する)、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADPHと表示する。酸化型はNADPもしくはNADP+と表示する)、還元型ニコチンアミドモノヌクレオチド(NMNH。酸化型はNMN)、還元型フラビンアデニンジヌクレオチド(FADH2。酸化型はFAD)、還元型フラビンモノヌクレオチド(FMNH2。酸化型はFMN)、還元型補酵素A等を含むことができる。電子伝達体には、補酵素A、プロトポルフィリンIX、ビタミンB12等のような取り込まれた電子供与型補欠分子族を備えるタンパク質が含まれる。上記はすべて、燃料上への可溶性酵素の作用によって発生させることができる電子およびプロトンの両方を運ぶと考えられる。しかし、すべての電子伝達体がプロトンを運ぶ訳ではない。炭素、酸素および水素を含むC1化合物が電子伝達体であることは認識されるであろう。しかしこれらもまた燃料である。同様に電子伝達体の定義内には、以下で詳述するように電子伝達メディエータも含まれる。電子伝達体は、存在する場合は、一般に約1μM〜約2μM、より好ましくは約10μM〜約1M、および最も好ましくは約100μM〜約500mMの濃度で提供される。
可溶性酵素、プロトンおよび電子の影響下では、NAD+はNADHへ変換される。この時点から、電子および/またはプロトンを取り除いて多数の追加の補因子および/または伝達メディエータの間で取り換えることができる。電子伝達メディエータは、電子伝達体から遊離した電子の、典型的には同等以下の還元電位を備える電極もしくは別の電子伝達メディエータである別の分子への移動を促進する組成物である。上記で同定したものに加えて、その例には、フェナジンメトスルフェート(PMS)、ピロロキノリンキノン(PQQ、メトキサチンとも呼ばれる)、ヒドロキノン、メトキシフェノール、エトキシフェノール、またはその他の典型的なキノン分子、メチルビオローゲン、1,1’−ジベンジル−4,4’−ジピリジニウムジクロリド(ベンジルビオローゲン)、N,N,N’,N’−テトラメチルフェニレンジアミン(TMPD)およびジシクロペンタジエニル鉄(C10H10Fe、フェロセン)が含まれる。電子伝達メディエータは、存在する場合は、一般に約1μM〜約2M、より好ましくは約10μM〜約2M、およびいっそうより好ましくは約100μM〜約2Mの濃度で提供される。
しかし、単純にするため、そして図2に例示したように、還元型補因子もしくは電子伝達体は、次にポリペプチドと、この場合には本発明に係る生体適合性膜内に組み込まれた複合体Iのデヒドロゲナーゼ機能と相互作用することができる。複合体Iは、NADH分子からプロトンを、さらに電子も遊離させる。電子はアノードへ直接に流れてよい。しかし、より多くの場合、電子は伝達メディエータによって取り込まれ、伝達メディエータが電子をアノードへ輸送する。
NADHデヒドロゲナーゼ複合体Iは、さらに生体適合性膜を超えるプロトンの輸送にも関与できるという点で興味深いポリペプチドである。しかし特に興味深いのは、移動させられたプロトンが必ずしも複合体Iのデヒドロゲナーゼ部分の作用によって遊離されたプロトンではないことにある。このため、最も良好な結果を得るためには、本発明のこの特別態様による燃料電池はアノード区画内に追加のプロトン種を含有するであろう。複合体Iのプロトン輸送機能を酸化還元機能として図2に例示した。
伝達メディエータが電子をアノードへ引き渡したとき、伝達メディエータは酸化されており、他の電子伝達体を酸化することによって遊離した追加の電子を入手することが可能になる。酸化型補因子(NAD+)はこれで、燃料および可溶性酵素の影響下でプロトンおよび電子を受け入れる準備が整う。今記載した反応はアノード電極およびアノード区画内で発生し、以下のように化学的に例証することができる。
メタノール等の有機分子から電子伝達体(上記に例示したNADH等)を生成するために使用できる可溶性酵素は、アルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)の形態でスタートすることができる。適切なADH酵素については、例えばAmmendola et al.,「Thermostable NAD(+)−dependent alcohol dehydrogenase from Sulfolobus solfataricus:gene and protein sequence determination and relationship to other alcohol dehydrogenases」,Biochemistry 31:12514−23,1992、Cannio et al.,「Cloning and overexpression in Escherichia coli of the genes encoding NAD−dependent alcohol dehydrogenase from two Sulfolobus species」,J.Bacteriol.178:301−5,1996、Saliola et al.,「Two genes encoding putative mitochondrial alcohol dehydrogenases are present in the yeast Kluyveromyces lactis」,Yeast 7:391−400,1991、およびYoung et al.,「Isolation and DNA sequence of ADH3,a nuclear gene encoding the mitochondrial isozyme of alcohol dehydrogenase in Saccharomyces cerevisiae」,Mol.Cell Biol.5:3024−34,1985に記載されている。結果として生じるホルムアルデヒドが酸化されると、アルデヒドロゲナーゼ(ALD)が使用される。適切なALD酵素は、例えばPeng et al.,「cDNA cloning and characterization of a rice aldehyde dehydrogenase induced by incompatible blast fungus」,GeneBankアクセッション番号AF323586、Sakano et al.,「Arabidopsis thaliana[thale cress]aldehyde dehydrogenase(NAD+)−like protein」,GeneBankアクセッション番号 AF327426に記載されている。さらに結果として生じるギ酸が酸化されると、ギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH)が使用される。適切なFDH酵素は、例えば、Colas des Francs−Small et al.,「Identification of a major soluble protein in mitochondria from nonphotosynthetic tissues as NAD−dependent formate dehydrogenase[from potato]」,Plant Physiol.102(4):1171−1177,1993、Hourton−Cabassa,「Evidence for multiple copies of formate dehydrogenase genes in plants:isolation of three potato fdh genes,fdh1,fdh2,and fdh3」,Plant Physiol.117:719−719,1998に記載されている。
以下で考察する理由から、キノンを基剤とする電子伝達体を使用するのに適応すること、さもなければキノンを基剤とする電子伝達体に適合できる可溶性酵素を使用するのが有用なことがある。そのような酵素は、例えばPommier et al.,「A second phenazine methosulphate−linked formate dehydrogenase isoenzyme in Escherichia coli」,Biochim Biophys Acta.1107(2):305−13,1992「The diversity of reactions involving formate dehydrogenases is apparent in the structures of electron acceptors which include pyridine nucleotides,5−deazaflavin,quinones,and ferredoxin」、Ferry,J.G.「Formate dehydrogenase」,FEMS Microbiol.Rev.7(3−4):377−82,1990(キノン活性を備えるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ)、Klein et al.,「A novel dye−linked formaldehyde dehydrogenase with some properties indicating the presence of a protein−bound redox−active quinone cofactor」,Biochem J.301(Pt 1):289−95,1994(結合したキノン補因子を備えるデヒドロゲナーゼに関する多数の論文中でも代表的な論文)、Goodwin et al.,「The biochemistry,physiology and genetics of PQQ and PQQ−containing enzymes)」,Adv.Microb.Physiol.40:1−80,1998(キノンを利用するアルコールデヒドロゲナーゼについて)、Maskos et al.,「Mechanism of p−nitrosophenol reduction catalyzed by horse liver and human pi−alcohol dehydrogenase(ADH)」,J.Biol.Chem.269(50):31579−84,1994(酵素によるNADH還元に続くNADHから電極への電子のメディエータ触媒移動の例)、およびPandey,「Tetracyanoquinodimethane−mediated flow injection analysis electrochemical sensor for NADH coupled with dehydrogenase enzymes」,Anal.Biochem.221(2):392−6,1994に記載されている。
反応式2を使用すると、カソード液(カソード区画内で使用される電解液)は水素イオンの消費を占めるために緩衝処理することができ、水素イオン供与化合物を燃料電池の作動中に供給できる、またはより好ましくは、アノード区画とカソード区画との間のバリアは中和水素イオン(水素イオンまたはプロトン)を送達するために十分に有効である。
このカソード反応は水の正味産生を生じさせるが、これが重大な場合は、例えばオーバーフロー液用のスペースを用意すること、または気相排出口を提供することによって処理できる。多数の電子受容体分子は、作動温度では多くの場合に固体、または伝達体液中では溶質であるが、後者の場合、カソードチャンバーはそのような非気体材料を運べるように適応していなければならない。
おそらく電子受容体分子として過酸化水素を使用する場合と同様に、電子受容体分子が生体適合性膜のポリペプチドおよびアノードチャンバー内のいずれか他の種を損傷させる可能性がある場合は、過酸化物または損害を与える電子受容体分子がアノードチャンバー内に侵入するのを防止するために燃料電池にはそのような電子受容体分子のスカベンジャーを使用できる。そのようなスカベンジャーは、特にアノード電極での条件がO2への電子移動を触媒するために有効ではない場合は、例えば酵素カタラーゼ(2H2O2⇔2H2O+O2)であってよい。あるいは、スカベンジャーは金または白金等のいずれかの貴金属であってよい。このようなスカベンジャーは、酵素である場合は、固体支持体材料に共有結合させることができる。あるいは、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの間に、過酸化水素に対して最も限定された透過性を有するバリアが提供される。
過酸化カルシウム、過塩素化カリウム(KClO4)または過マンガン酸カリウム(KMnO4)等の固体酸化剤は、電子受容体として使用できる。
燃料電池は、酸化還元酵素またはプロトン輸送体が作動するのに適切な温度範囲内で作動する。この温度範囲は、典型的には酵素の安定性、および酵素の入手起源に伴って変動する。適切な温度範囲を増加させるためには、火道または温泉から単離した微生物等の好熱性生物由来の適切な酸化還元酵素を選択することができる。さらに、遺伝子組み換え酵素を使用できる。それでも、少なくとも第1電極の作動にとって好ましい温度は約80℃以下、好ましくは60℃以下である。
本発明により好ましい燃料電池には、アノード区画、カソード区画、アノードおよびカソード、ならびに膜の一方の側から他方の側へのプロトンの移動に関与することができるポリペプチドを含む本明細書に記載した生体適合性膜が含まれる。アノード区画内では、少なくとも1つの電子伝達メディエータおよび電極伝達体もまた見いだされる。本発明の燃料電池は、好ましくは、その有効寿命に渡って少なくとも約10mW/cm2、より好ましくは少なくとも約50mW/cm2、および最も好ましくは少なくとも約100mW/cm2を発生することができる(その寿命の最後に向かってある程度の出力低下が生じるであろう)。燃料電池は、好ましくは、その燃料が最終的に使い果たされるまで(それらが詰め替え式ではない限り)、一般には少なくとも8時間、好ましくは1週間、より好ましくは1ヵ月間、そして最も好ましくは6ヵ月間以上そのような電流密度を発生する。
(実施例1)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を以下の通りに製造した。マグネチックスターラーを使用して攪拌しながら、2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する7%(w/v)(70mg)のブロックコポリマー(ポリ(2−メチルキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチル(オキサゾリン)を95%(v/v)/5%(v/v)のエタノール/水の溶媒混合液中に溶解させた。この溶液6μLを取り出し、水中に0.015%(w/v)のドデシルマルトシド、40μgの複合体I(10mg/mL)を含有する溶液4μLと混合した。これをさらに混合した。結果として生じた溶液は、4.2%(w/v)のポリマー、55%(v/v)のEtOH、45%(v/v)のH2O、0.06%(w/v)のドデシルマルトシドを含有しており、タンパク質/ポリマー比は6%(w/w)であった。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を以下の通りに製造した。マグネチックスターラーを使用して攪拌しながら、2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する7%(w/v)(70mg)のブロックコポリマー(ポリ(2−メチルキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチル(オキサゾリン)を95%(v/v)/5%(v/v)のエタノール/水の溶媒混合液中に溶解させた。この溶液6μLを取り出し、水中に0.015%(w/v)のドデシルマルトシド、40μgの複合体I(10mg/mL)を含有する溶液4μLと混合した。これをさらに混合した。結果として生じた溶液は、4.2%(w/v)のポリマー、55%(v/v)のEtOH、45%(v/v)のH2O、0.06%(w/v)のドデシルマルトシドを含有しており、タンパク質/ポリマー比は6%(w/w)であった。
(実施例2)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料に比較して0.015%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を提供できるように、少ないポリペプチド溶液を使用した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料に比較して0.015%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を提供できるように、少ないポリペプチド溶液を使用した。
(実施例3)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.03%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して3.0%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.03%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して3.0%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例4)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.045%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して4.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.045%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して4.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例5)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して0.75%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例1に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して0.75%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例6)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例5に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料は最初は5.0%(w/v)の溶液中に存在した。合成高分子材料に比較して0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドおよび0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、実施例1に記載したタイプの十分なポリペプチド溶液を添加した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例5に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料は最初は5.0%(w/v)の溶液中に存在した。合成高分子材料に比較して0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドおよび0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、実施例1に記載したタイプの十分なポリペプチド溶液を添加した。
(実施例7)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例6に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.015%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して1.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例6に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.015%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して1.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例8)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例6に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.03%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して3%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例6に記載したように、以下の変更を加えて調製した。0.03%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して3%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例9)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例6に記載したように調製した。0.045%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して4.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例6に記載したように調製した。0.045%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して4.5%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例10)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例6に記載したように調製した。0.06%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して6.0%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例6に記載したように調製した。0.06%(w/v)のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して6.0%(w/w)のポリペプチドを含有していた。
(実施例11〜15)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、各溶液中で使用した合成高分子材料が最初は10%(w/v)であったことを除いて、概して実施例1〜5の各々に記載した通りに調製した。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.15、0.03、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、各溶液中で使用した合成高分子材料が最初は10%(w/v)であったことを除いて、概して実施例1〜5の各々に記載した通りに調製した。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.15、0.03、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例16)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例3に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒はエタノール、25%(v/v)のメタノールおよび実施例3に表示された量の水を含有していた。合成高分子材料に比較して0.03%(w/v)のドデシルマルトシドおよび3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を使用した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例3に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒はエタノール、25%(v/v)のメタノールおよび実施例3に表示された量の水を含有していた。合成高分子材料に比較して0.03%(w/v)のドデシルマルトシドおよび3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を使用した。
(実施例17)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例2に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は47.5%(v/v)のエタノール、2.5%(v/v)の水、25%(v/v)のテトラヒドロフラン(THF)、25%(v/v)のジクロロメタンを含有していた。合成高分子材料に比較して0.015%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を添加した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例2に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は47.5%(v/v)のエタノール、2.5%(v/v)の水、25%(v/v)のテトラヒドロフラン(THF)、25%(v/v)のジクロロメタンを含有していた。合成高分子材料に比較して0.015%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を添加した。
(実施例18)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例6に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は9.5%(v/v)のエタノール、0.5%(v/v)の水、40%(v/v)のアセトン、および40%(v/v)のヘキサンを含有していた。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例6に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は9.5%(v/v)のエタノール、0.5%(v/v)の水、40%(v/v)のアセトン、および40%(v/v)のヘキサンを含有していた。
(実施例19〜24)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例11〜15の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は0.15%(w/v)であった。本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例4に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤の残りはドデシルβ―D−グルコピラノシドであり、界面活性剤の最終濃度は0.15%(w/v)である。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例11〜15の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は0.15%(w/v)であった。本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例4に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤の残りはドデシルβ―D−グルコピラノシドであり、界面活性剤の最終濃度は0.15%(w/v)である。
(実施例26)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例9に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のPLURONIC L101(ロット番号WPDX−522B)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例9に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中では供給濃度の0.1%(v/v)へ希釈した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例9に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のPLURONIC L101(ロット番号WPDX−522B)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例9に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中では供給濃度の0.1%(v/v)へ希釈した。
(実施例27)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例2に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBYK Chemie社(コネチカット州ウォーリンフォード)製のDISPERPLAST(ロット番号31J022)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例2に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の0.135%(v/v)へ希釈した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例2に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBYK Chemie社(コネチカット州ウォーリンフォード)製のDISPERPLAST(ロット番号31J022)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例2に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の0.135%(v/v)へ希釈した。
(実施例28〜32)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有するポリ(2−メチルキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)(5%(w/v))であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有するポリ(2−メチルキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)(5%(w/v))であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例33−38)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(計7%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は1kD−2kD−1kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全合成高分子材料の約67%対33%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物である。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(計7%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は1kD−2kD−1kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全合成高分子材料の約67%対33%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物である。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例39〜43)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例11〜15に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(10%(w/v))は1kD−2kD−1kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約33%対67%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.075、0.15、0.30、0.45および0.60%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例11〜15に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(10%(w/v))は1kD−2kD−1kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約33%対67%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.075、0.15、0.30、0.45および0.60%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例44〜48)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(5%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約33%対67%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(5%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約33%対67%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例49−53)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(7%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約67%対33%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.025%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、それらの一方(7%(w/v))は2kD−5kD−2kD、そして他方は3kD−7kD−3kDの平均分子量を有し、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約67%対33%(w/w)である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.025%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例54−58)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%(v/v)とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有するポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)(7%(w/v))の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%(v/v)とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有するポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)(7%(w/v))の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例59〜63)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例12に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する10%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.15%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。実施例11および13〜15の手法を使用すると、類似の溶液を作製できる。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例12に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する10%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.15%(w/v)のドデシルマルトシドおよび1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。実施例11および13〜15の手法を使用すると、類似の溶液を作製できる。
(実施例64〜68)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例28〜32に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例28〜32に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例69〜73)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する7%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.060、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液85%とポリエチレングリコール溶液15%(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中の3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する7%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.060、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.75%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例74〜78)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、80%のトリブロックコポリマーと20%のポリスチレンの比率で、50%(v/v)のアセトン中で約250,000ダルトンの分子量を有する5%(w/v)のポリスチレン溶液と混合した、50%(v/v)のアセトンおよび50%(v/v)のヘプタンの溶媒中の2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、80%のトリブロックコポリマーと20%のポリスチレンの比率で、50%(v/v)のアセトン中で約250,000ダルトンの分子量を有する5%(w/v)のポリスチレン溶液と混合した、50%(v/v)のアセトンおよび50%(v/v)のヘプタンの溶媒中の2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例79〜83)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々66%(v/v)対33%(v/v)の比率で、50%(v/v)のTHFおよび50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートの溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する7%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.075%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜5に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々66%(v/v)対33%(v/v)の比率で、50%(v/v)のTHFおよび50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートの溶液と混合した、95%のエタノールおよび5%の水の溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する7%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)の混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.06、0.015、0.030、0.045および0.0075%(w/v)のドデシルマルトシドならびに6.0、1.5、3.0、4.5および0.075%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例84〜88)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例11〜15に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中のDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例11〜15に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中のDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例89)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例84に記載した通りに調製できるが、合成高分子材料を希釈するために使用する溶媒は50%(v/v)のテトラヒドロフラン(THF)および50%(v/v)のジクロロメタンを含有していてよい。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例84に記載した通りに調製できるが、合成高分子材料を希釈するために使用する溶媒は50%(v/v)のテトラヒドロフラン(THF)および50%(v/v)のジクロロメタンを含有していてよい。
(実施例90〜94)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は0.15%(w/v)であった。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は0.15%(w/v)であった。
(実施例95)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して上記の実施例85に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤はドデシルβ―D−グルコピラノシドとドデシルマルトシドとの混合物を含有していてよく、該界面活性剤の最終濃度は0.15%(w/v)である。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して上記の実施例85に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤はドデシルβ―D−グルコピラノシドとドデシルマルトシドとの混合物を含有していてよく、該界面活性剤の最終濃度は0.15%(w/v)である。
(実施例96)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例87に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のPLURONIC L101(ロット番号WPDX−522B)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例87に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の0.1%(v/v)へ希釈した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例87に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBASF社(西独ルードビヒスハーフェン)製のPLURONIC L101(ロット番号WPDX−522B)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例87に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の0.1%(v/v)へ希釈した。
(実施例97)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して上記の実施例88に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBYK Chemie社(コネチカット州ウォーリンフォード)製のDISPERPLAST(ロット番号31J022)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例88に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤の最終濃度は最終溶液中での供給濃度の0.135%(v/v)へ希釈した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して上記の実施例88に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はBYK Chemie社(コネチカット州ウォーリンフォード)製のDISPERPLAST(ロット番号31J022)の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例88に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤の最終濃度は最終溶液中での供給濃度の0.135%(v/v)へ希釈した。
(実施例98〜102)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約67%対33%である2種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約67%対33%である2種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例103〜107)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約33%対67%である2種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)であり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約33%対67%である2種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例108〜112)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例103〜107に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約67%対33%である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例103〜107に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約67%対33%である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例113〜117)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例103〜107に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約33%対67%である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例103〜107に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その1つは5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中でDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011)として供給される10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンであり、もう1つは50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第1ブロックコポリマー対第2ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約33%対67%である2種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例118〜122)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、85%のトリブロックコポリマー溶液と15%のポリエチレングリコール溶液(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中の供給されたDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、85%のトリブロックコポリマー溶液と15%のポリエチレングリコール溶液(v/v)の比率で、水中で約3,300ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中の供給されたDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例123〜127)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、85%のトリブロックコポリマー溶液と15%のポリエチレングリコール溶液(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中の供給されたDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例84〜88に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、85%のトリブロックコポリマー溶液と15%のポリエチレングリコール溶液(v/v)の比率で、水中で約8,000ダルトンの平均分子量を有する23.5%(w/v)のポリエチレングリコール溶液と混合した、5%(v/v)の水を含有するエタノールを用いて50%(v/v)に希釈して供給される溶媒中の供給されたDais Analytic社(フロリダ州オデッサ)製のProtolyte(登録商標)A700(ロット番号LC−29/60−011として供給された10%(w/v)のスルホン化スチレン/エチレン−ブチレン/スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例128〜132)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜10の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は50%(v/v)のTHF、50%(v/v)のジクロロメタンの溶媒中で4kD−8kD−4kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して0.0075、0.015、0.030、0.045および0.060%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75、1.5、3.0、4.5および6.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例133〜134)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6および7の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘキサンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給される3.2%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6および7の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘキサンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給される3.2%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例135〜136)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例6および7の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給される3.2%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例6および7の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給される3.2%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例137〜138)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例135および136の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux 3G55(ロット番号7453064P)として供給される5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例135および136の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの50%/50%(v/v)混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux 3G55(ロット番号7453064P)として供給される5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%および0.015%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%および1.5%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
(実施例139〜141)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜8に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約80%(v/v)対20%(v/v)の比率で、50%/50%(v/v)のアセトンとヘキサンの混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給された5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)との混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%、0.015、および0.030%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%、1.5および3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例6〜8に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約80%(v/v)対20%(v/v)の比率で、50%/50%(v/v)のアセトンとヘキサンの混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給された5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で2kD−5kD−2kDの平均分子量を有する5%(w/v))のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)との混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%、0.015、および0.030%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%、1.5および3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例142〜145)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例139〜141に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約80%(v/v)対20%(v/v)の比率で、50%/50%(v/v)のアセトンとヘキサンの混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給された5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)との混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%、0.015、および0.030%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%、1.5および3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例139〜141に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約80%(v/v)対20%(v/v)の比率で、50%/50%(v/v)のアセトンとヘキサンの混合物中でBASF社(西独ルートビヒスハーフェン)製のStryolux(登録商標)3G55(ロット番号7453064P)として供給された5%(w/v)のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で3kD−7kD−3kDの平均分子量を有する5%(w/v)のポリ(2−メチルオキサゾリン)−ポリジメチルシロキサン−ポリ(2−メチルオキサゾリン)との混合物であってよい。その溶液6μLを実施例1に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して0.0075%、0.015、および0.030%(w/v)のドデシルマルトシドならびに0.75%、1.5および3.0%(w/w)のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
(実施例146〜290)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜145の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子と混合されるポリペプチド溶液は、Roche社(インディアナ州インディアナポリス)から入手できる0.15%のThesit(ポリオキシエチレン(9)ドデシルエーテル、C12E9)も含んでいてよい10mg/mLのコハク酸:ユビキノンオキシドレダクターゼ(複合体II)水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に実施例1〜145のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜145の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子と混合されるポリペプチド溶液は、Roche社(インディアナ州インディアナポリス)から入手できる0.15%のThesit(ポリオキシエチレン(9)ドデシルエーテル、C12E9)も含んでいてよい10mg/mLのコハク酸:ユビキノンオキシドレダクターゼ(複合体II)水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に実施例1〜145のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。
(実施例291〜435)
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜145の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子を希釈するために使用するポリペプチド溶液は、0.15%のTriton X−100も含んでいてよい10mg/mLのニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に、実施例1〜145のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。さらに、ドデシルβ−D−グルコピラノシドを含有する実施例1〜145では、この界面活性剤は、一般にNonidet P−45と類似濃度で置換することができる。
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例1〜145の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子を希釈するために使用するポリペプチド溶液は、0.15%のTriton X−100も含んでいてよい10mg/mLのニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に、実施例1〜145のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。さらに、ドデシルβ−D−グルコピラノシドを含有する実施例1〜145では、この界面活性剤は、一般にNonidet P−45と類似濃度で置換することができる。
(実施例436)
誘電性穿孔支持体上に膜を形成する。支持体はDuPont社から入手できるKAPTON(厚さ1ミル)から作製し、径100μmおよび深さ1ミルのアパーチャをレーザー穿孔する。アパーチャの配列は、1,700アパーチャ/cm2という高密度を有していてよい。生体適合性膜は、以前に詳細に記載したPEG8000/PROTOLYTE A700膜を使用してアパーチャの全域に渡って形成される。結果として生じるブロックコポリマー、安定化ポリマーおよびポリペプチドを含有する最終溶液は、1度に4μLずつピペットにより滴下法で完全にアパーチャを被覆する方法で基板上に沈着させる。この溶媒を室温のフード下で蒸発するに任せた。膜−支持体の組立体は、使用時まで真空チャンバー内に保管した。
誘電性穿孔支持体上に膜を形成する。支持体はDuPont社から入手できるKAPTON(厚さ1ミル)から作製し、径100μmおよび深さ1ミルのアパーチャをレーザー穿孔する。アパーチャの配列は、1,700アパーチャ/cm2という高密度を有していてよい。生体適合性膜は、以前に詳細に記載したPEG8000/PROTOLYTE A700膜を使用してアパーチャの全域に渡って形成される。結果として生じるブロックコポリマー、安定化ポリマーおよびポリペプチドを含有する最終溶液は、1度に4μLずつピペットにより滴下法で完全にアパーチャを被覆する方法で基板上に沈着させる。この溶媒を室温のフード下で蒸発するに任せた。膜−支持体の組立体は、使用時まで真空チャンバー内に保管した。
この場合は燃料電池である試験器具をDELRANプラスチックから構成した。上記の通りに製造した膜−支持体の組立体を、2つのチャンバー、アノード区画およびカソード区画を形成するためにゴムガスケットを用いて燃料電池内の適所に密封した。その後、アノード区画およびカソード区画に水性電解液(各20mL)を充填した(アノード区画には1MのTMA−ギ酸塩(pH10)およびカソード区画には1%の過酸化水素を含有する100mMのTMA−硫酸塩(pH2.0))。チタンホイル製アノードは、電子工学的に変化させた負荷と並列接続した。電流および出力電圧はアナログ/デジタルボードを装備したコンピュータを使用して測定した。回路は、カソード区画においてこれらの要素をグラファイト製カソード電極へ配線することにより完成した。
チタンホイル製アノードをアノード液に浸漬した。さらにアノード区画には、燃料としての5%(v/v)のメタノールが含まれており、12.5mMのNAD+を電子伝達体として使用し、電子伝達メディエータとしては1Mのヒドロキノンを使用し、可溶性酵素としては酵母アルコールデヒドロゲナーゼ(5,000単位)、アルデヒドデヒドロゲナーゼ(10単位)およびギ酸デヒドロゲナーゼ(100単位)を使用した。電流および電圧は、プロトン濃度勾配に逆らってさえアノード区画からカソード区画へプロトンを移動させる際の生体適合性膜内に組み込まれた複合体Iの機能に一致して発生した。ピーク電流密度は158mA/cm2であった。膜は、約3日間にわたり安定性であった。
比較すると、膜形成溶液がPEG8000を含有していないことを除いて上記と同一の成分および濃度を使用して形成した別の電池では、ピーク電流密度は類似であった。しかし、膜完全性は10〜12時間に限定された。膜の破損は、カソード区画内へのメディエータの目に見える流れによって評価された。
膜内に複合体Iが不在であっても、Protolyteブロックコポリマーはそれでもプロトンにとってやや難透過性の膜を形成する。アノード内にヒドロキシキノンに代わる電子伝達メディエータとして300mMのPMSが存在したことを除いて上記のものに類似して構成された燃料電池における複合体Iを使用せずに形成されたそのような膜の使用は、出力が急速に低下する前におよそ約5分間に渡ってのみ最高4mM/cm2を発生した。
本明細書では特定の実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理および適用の単なる具体例に過ぎないと理解されなければならない。このため、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態には数多くの修飾を加えることができること、そして他の取り合わせを考案できることが理解されなければならない。
本発明は、制限なく、燃料電池産業を含む膜を製造および使用する産業に関連する。本発明は、自動車産業および電子産業等の燃料電池を使用する産業にも適用することができる。
本明細書では特定の実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理および適用の単なる具体例に過ぎないと理解されなければならない。このため、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態には数多くの修飾を加えることができること、そして他
Claims (40)
- 第1側および第2側を有する少なくとも1つの層の合成高分子材料と、それと結び付いた少なくとも1つのポリペプチドとを含んでなる生体適合性膜であって、前記ポリペプチドが、化学反応に関与するか、前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができ、合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側へのプロトンの輸送に関与することができ、かつ前記ポリペプチドを除いて同一の生体適合性膜を使用した場合より少なくとも大きな程度に前記層を越える電流の通過を促進することができる請求項2の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、少なくとも約10pA(ピコアンペア)/cm2の電流密度を提供できるように、前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項3の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、少なくとも約10mA(ミリアンペア)/cm2の電流密度を提供できるように、前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項4の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが前記少なくとも1つの層内に組み込まれている請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約0.01重量%の量で存在する請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約5重量%の量で存在する請求項7の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約10重量%の量で存在する請求項8の生体適合性膜。
- 前記合成高分子材料が親水性含量を超える疎水性含量を有する少なくとも1種のブロックコポリマーを含む請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1種のブロックコポリマーが約1,000〜20,000ダルトンの平均分子量を有する少なくとも1つのブロックを有する請求項10の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1種のブロックコポリマーが約1,000〜20,000ダルトンの平均分子量を有する少なくとも1つの第2のブロックを有する請求項11の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1種のブロックコポリマーが前記生体適合性膜の少なくとも約35重量%の量で提供される請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1種のブロックコポリマーが前記生体適合性膜の約35〜約99重量%の量で提供される請求項13の生体適合性膜。
- 前記合成高分子材料が複数のブロックコポリマーの混合物である請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが酸化還元反応に関与することができる請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、酸化還元反応、または前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与する能力を有する請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが、酸化還元反応、および前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送の両方に関与する能力を有する請求項1の生体適合性膜。
- 前記少なくとも1種のポリマーまたはコポリマーが約5,000〜約500,000の分子量を有する請求項1の生体適合性膜。
- 第1側および第2側を有する合成高分子材料の少なくとも1つの層を含んでなる生体適合性膜であって、前記合成高分子材料が最終膜の重量に基づいて少なくとも約5重量%の量で存在しており、その中に組み込まれた少なくとも1つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約10重量%の量で存在しており、前記ポリペプチドが酸化還元反応または前記少なくとも1つの層の前記第1側から前記少なくとも1つの層の前記第2側への輸送に関与する能力を有していて少なくとも約10mA/cm2の電流密度を提供することができ、合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
- アノードを含むアノード区画と、カソードを含むカソード区画と、前記アノード区画内、前記カソード区画内、もしくは前記アノード区画と前記カソード区画との間に配置されており、アノード側およびカソード側を含む合成高分子材料の少なくとも1つの層およびそれに結び付いた少なくとも1つのポリペプチドを有する少なくとも1つの生体適合性膜とを含んでなる燃料電池であって、前記ポリペプチドが、化学反応に関与するか、前記少なくとも1つの層の前記アノード側から前記少なくとも1つの層の前記カソード側へのプロトンの輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができ、合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
- 前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、10mW(ミリワット)/cm2が発生する請求項21の燃料電池。
- 前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、50mW/cm2が発生する請求項22の燃料電池。
- 前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、100mW/cm2が発生する請求項23の燃料電池。
- 前記アノード区画内に少なくとも1つの電子伝達体をさらに含んでなる請求項21の燃料電池。
- 前記アノード区画内に、電子伝達体からプロトンまたは電子を遊離させることができる少なくとも1つの第2のポリペプチドをさらに含んでなる請求項21の燃料電池。
- 前記アノード区画内に、前記アノードへ電子を伝達させることができる少なくとも1つの伝達メディエータをさらに含む、請求項21の燃料電池。
- 前記少なくとも1つの生体適合性膜が前記アノードと前記カソードとの間に配置されている請求項21の燃料電池。
- 前記生体適合性膜と前記カソードとの間に配置されており、前記アノード区画から前記カソード区画へのプロトンの流れを許容する誘電性材料をさらに含んでなる請求項21の燃料電池。
- 前記アノード区画内に配置されており、前記アノード区画内に配置された電子伝達体から少なくとも1つの電子を受容し、前記少なくとも1つの電子を第2の電子伝達体、第2の電子伝達メディエータまたは前記アノードへ移動させることができる第1の電子伝達メディエータをさらに含んでなる請求項21の燃料電池。
- 前記アノード区画内に配置された少なくとも1種の燃料をさらに含んでなる請求項21の燃料電池。
- 前記燃料が有機化合物である請求項21の燃料電池組立体。
- 前記ポリペプチドが、酸化還元反応、または前記少なくとも1つの層の前記第アノード側から前記少なくとも1つの層の前記第カソード側へのプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項21の燃料電池。
- 前記ポリペプチドが、酸化還元反応、および前記少なくとも1つの層の前記第アノード側から前記少なくとも1つの層の前記第カソード側へのプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項21の燃料電池。
- 合成コポリマー材料が少なくとも1種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも1種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、少なくとも1種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む合成高分子材料を含んでなる生体適合性膜を製造するために有用な溶液であって、有機溶媒および水の両方を含有する溶媒系中で、前記合成高分子材料が約1〜約30%(w/v)の量で存在し、少なくとも1つのポリペプチドが少なくとも約0.001〜約10.0%(w/v)の量で存在し、前記ポリペプチドが化学反応に関与するか、分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができる溶液。
- 約0.01〜約1.0%(v/v)の量で少なくとも1つの洗剤をさらに含んでなる請求項35の溶液。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが酸化還元反応またはプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項35の溶液。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドが酸化還元反応およびプロトンの輸送の両方に関与する能力を有する請求項35の溶液。
- 前記少なくとも1つのポリペプチドがプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項35の溶液。
- 前記合成高分子材料が複数のブロックコポリマーの混合物である請求項35の溶液。
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