JP2018519377A - 非毒性の生体接着性制御のための表面トポグラフィ - Google Patents

Abstract

物品は、生物の生体接着性に抵抗するための表面トポグラフィを有し、表面を有するベース物品を含む。表面の組成は、ポリマーを含む。表面は、ベース物品に取り付けられるか、またはベース物品内に突設された、複数の離間した特徴部によって画成されたパターンを含むトポグラフィを有する。複数の特徴部はそれぞれ、少なくとも１つのマイクロスケールの寸法、および実質的に異なる形状を有する少なくとも１つの隣り合う特徴部を有し、隣り合うパターンは、共通の特徴部を共有する。表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて７０％以上の光透過率を有する。一実施形態では、表面は、ベース物品上に配設されたコーティング層を含み得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、非毒性の生体接着性制御を提供するための表面トポグラフィおよび／または表面弾性特性を有する物品ならびに関連するデバイスおよびシステムに関する。

環境表面は、しばしば微生物で汚染されている。これらの生物は、別の汚染された表面からの接触による移動を介して、または表面に落下し、表面に付着する空中浮遊生物を介して、表面上に堆積され得る。環境表面の汚染は、病気を拡散させ、ひいては人体の健康に対する負担になり得る。表面は、漂白剤、アンモニア、および他の一般的な洗剤を含む毒剤を使用して消毒することができる。しかしながら、表面は、消毒と消毒との間に再汚染を受けやすい。

カテーテルなどのインプラント型デバイス上の細菌の堆積、すなわちバイオフィルムは、死と同じくらい重篤な合併症につながる有意な感染リスクをもたらす。細菌汚染はまた、特定の光線透過特性が望まれる光学用途で利用される材料についても問題である。

物品は、生物の生体接着性に抵抗するための表面トポグラフィを有し、表面を有するベース物品を含む。表面の組成は、ポリマーを含む。表面は、ベース物品に取り付けられるか、またはベース物品内に突設された、複数の離間した特徴部によって画成されたパターンを含むトポグラフィを有する。複数の特徴部はそれぞれ、少なくとも１つのマイクロスケールの寸法、および実質的に異なる形状を有する少なくとも１つの隣り合う特徴部を有し、隣り合うパターンは、共通の特徴部を共有する。表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて７０％以上の光透過率を有する。一実施形態では、表面は、ベース物品上に配設されたコーティング層を含み得る。別の実施形態では、表面は、ベース物品の一部であり得る。

表面トポグラフィは、ベース物品と比較して汚染に抵抗する。本明細書で使用するとき、表面トポグラフィを提供する表面は、トポグラフィを含む印刷パターン加工された接着剤コーティングとして表面に塗布され得るか、またはマイクロ成形を通じてデバイスの表面に直接塗布され得るかのいずれかである。マイクロ成形の場合、表面トポグラフィは、基礎をなす物品とモノリス状に一体化されることになる。

特徴部間隔距離は、本明細書で使用するとき、隣接する特徴部間の距離を指す。その上、本明細書で使用するとき、「マイクロスケールの特徴部」は、マイクロメートルサイズ以下の、したがってマイクロスケールおよびナノスケールを含む特徴部を含む。階層的アーキテクチャと呼ぶ一実施形態では、表面の一部分上に複数要素のプラトー層が少なくとも１つ配設されている。プラトー層の要素間の間隔距離は、第１の特徴部間隔と比較して実質的に異なる第２の特徴部間隔を提供する。階層的アーキテクチャは、胞子およびフジツボなどの、実質的に異なるサイズを有する生物を同時に退けることができる。一実施形態では、表面は、ベース物品とモノリス状に一体化されており、ベース物品の組成は、表面の組成と同じである。別の実施形態では、表面は、ベース物品上に配設されたコーティング層を含む。このコーティングの実施形態では、コーティング層の組成は、ベース物品の組成と比較して異なり、ポリマーは、熱可塑性ポリマー、エラストマー、ゴム、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリアクリレートから選択されるものなどの非導電性ポリマー、例えばビニルおよび／もしくはポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）の基材またはベース物品上のポリアクリレートコーティング層を含み得る。

トポグラフィは、４〜５０の平均粗さ係数（Ｒ）および１０ｋＰａ〜３ＧＰａの弾性率を提供し得る。別の実施形態では、トポグラフィは、２つの異なる正弦波などの少なくとも１つの正弦関数を使用して数値的に表現可能である。異なる正弦波トポグラフィの一例としては、シャークレット（Ｓｈａｒｋｌｅｔ）トポグラフィが挙げられる。別の実施形態では、複数の離間した特徴部は、実質的に平面状の上面を有し得る。細菌汚染を限定するためのある好ましい実施形態では、第１の特徴部間隔は、２〜６０μｍの間であり得る。

プラトー層の要素間の間隔距離が第１の特徴部間隔と比較して実質的に異なる第２の特徴部間隔を提供する、表面の実施形態の一部分上に配設された複数要素のプラトー層では、表面は、ベース物品上に配設されたコーティング層を含み得る。コーティング層の弾性率は、１０ｋＰａ〜３ＧＰａであり得る。

ある実施形態では、ベース物品は、８０％以上の光線透過率を有する光学透明材料を含み得る。ベース物品は、テクスチャでパターン加工された表面を有する、光学透明な金属酸化物を含み得る。

ベース物品は、特定の光線透過率特性を有する用途のための光学デバイスを含み得る。

添付図面と併せて以下の詳細な説明を検討すると、特徴部およびそれらの利益のより十全な理解が得られるであろう。

本発明のある実施形態による、ベース物品の表面から外へ突出する複数の隆起した表面特徴部を含む例示的な「シャークレット」抗微生物性表面トポグラフィの走査ＳＥＭ画像である。 本発明の別の実施形態による、ベース物品の表面内に突設する複数の特徴部を有するパターンの走査光学プロフィロメトリ画像である。 本発明によるある例示的な表面アーキテクチャパターンを例示する。 本発明による別の例示的な表面アーキテクチャパターンを例示する。 本発明によるさらに別の例示的な表面アーキテクチャパターンを例示する。 本発明によるさらに別の例示的な表面アーキテクチャパターンを例示する。 例示的な特徴部深さ、特徴部間隔、特徴部幅および、図２Ａ〜図２Ｄに示されるパターンに基づく得られる粗さ係数（Ｒ）の表を提供する。 本発明のある実施形態による、ベース物品の表面から外へ突出する複数の隆起した表面特徴部を含む例示的な「シャークレット」抗微生物性表面トポグラフィの走査ＳＥＭ画像である。 本発明のある実施形態による、例示的な階層的表面トポグラフィの描写である。 シャークレットパターンを含む４つの特徴部のうちの最小（最短）のものの重心で始まる正弦波を示す。 シャークレットパターンの周期性及び詰め込み配置を描くサイン波およびコサイン波を示す。 （４つの例示的なシャークレット要素のうちの）２つの例示的なシャークレット要素、要素１および要素２を示す。 間隔を３マイクロメートルに設定することによる２つの要素間の得られるレイアウトを示す。 課された限定により画成された要素で満たされた空間を示す。 周期的な反復定義を定義するために正弦波を適用した結果を示す。 所望の表面の全面積にわたって、得られるトポグラフィ構造を示す。 平滑表面トポグラフィまたはシャークレットパターンの表面トポグラフィのいずれかを有する試料上における汚染された布からの黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）汚染の平均対数密度の第１のアッセイである。シャークレットの表面トポグラフィは、２×２のパターンを有し、特徴部の幅は、２μｍであり、特徴部間の距離は、２μｍである（ＳＫ２×２）。各特徴部の深さは、３μｍである。試料の表面を、アクリル、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ：ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、または熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ：ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）を使用して調製した。エラーバーは、±１の標準誤差を表す。 平滑表面トポグラフィまたはシャークレットパターンの表面トポグラフィのいずれかを有するアクリルフィルム試料を細菌懸濁物中で培養した後の、黄色ブドウ球菌（ＭＳＳＡ：Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）またはメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）の微生物付着の平均対数密度の第２のアッセイである。 図１０Ａは、均一噴霧接種技法を使用した上述のアクリルフィルム試料上におけるＭＳＳＡの微生物存続の平均対数密度の第３のアッセイである。図１０Ｂは、図１０ＡのアッセイによるＭＳＳＡ試料採取後のＲＯＤＡＣコンタクトプレートの代表的な画像である。 均一噴霧接種技法を使用した上述のアクリルフィルム試料および銅箔試料上におけるＭＳＳＡまたはＭＲＳＡの微生物移動および微生物存続の平均対数密度の第４のアッセイである。 ６００ｎｍで測定したときの、異なる表面トポグラフィの可視光スペクトルにおける相対光透過率の第１のアッセイである。使用したトポグラフィは、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ：ｓｍｏｏｔｈ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。エラーバーは、±１の標準誤差を表す。 ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの平均全視感透過率の第２のアッセイである。使用したトポグラフィは、業界標準の対照材料を使用した対照表面と、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。 ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの平均拡散透過率の第３のアッセイである。使用したトポグラフィは、業界標準の対照材料を使用した対照表面と、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。 ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの平均曇価の第４のアッセイである。使用したトポグラフィは、業界標準の対照材料を使用した対照表面と、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。

本明細書で開示されるのは、生物落下（ｂｉｏｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ）、すなわち、藻類、細菌、真菌、かび、およびフジツボを含むがそれらには限定されない生物付着する生物の生体接着性などの、生体接着性の変更のための様々な拡大縮小可能な表面トポグラフィである。後述する実施例で説明するように、本発明による表面トポグラフィは、適切な特徴部のサイズおよび間隔の選択を通じて、最も一般的な汚損微生物の落下および接着を、有意に、かつ一般に劇的に、低減し得る非活性かつ非毒性の表面を提供することが、実験的試験を通じて証明された。

本発明を実施するために必要とされないものの、出願人らは、本発明の効能を説明するために動作可能と思われるメカニズムによって拘束されることを望まないため、以下を提供する。本発明による表面の効能は、藻類、細菌、およびフジツボなどの微生物の落下および接着に物理的に干渉することによる可能性が高い。表面上または表面内に形成された適切に離間した特徴部（「リブ」など）は、特徴部間隔が生物のサイズに応じて拡大縮小することを条件として、小さな細菌（２００〜５００ｎｍなど、＜１μｍ）から大きなチューブワーム（２００〜５００μｍなど、＞２００μｍ）までの生物に関して効果的であり得る。様々な異なる表面トポグラフィを組み合わせて階層的な多層表面構造にして、複数の間隔寸法を提供し、藻類、胞子、およびフジツボなどの、複数の広範囲のサイズを同時に有する複数の生物の落下および接着を阻止することができる。一実施形態では、特徴部間隔距離は、微生物または細胞の生体接着性に抵抗するために、微生物または細胞の寸法よりも大きい。

本発明によるトポグラフィは、一般に、多種多様な所望の用途のための多種多様な表面に応用することができる。より詳細に後述する本発明を使用して生体接着性を抑制することの応用としては、海洋環境で使用されるベース物品、または建物の屋根、発電所の水入口管、カテーテル、美容インプラント、および心臓弁などの、生物学的生物による汚染に曝露されるおそれがある生物医学的応用もしくは他の応用が挙げられる。後述するように、本発明による表面は、用途により必要とされる場合、様々なデバイス上に、および広い面積にわたって形成することができる。トポグラフィは、ベース物品の表面から隆起させてもよく（例えば、エンボス加工によって）、あるいはベース物品の表面内へ押印してもよい（例えば、圧縮成形によって）。

本発明による特徴部は、一般に、ベース高さから持ち上がって第１の特徴部間隔を提供する隆起した表面（体積）であり、または本発明による階層的多層表面構造の場合、隣り合うプラトー間の間隔距離である第２の特徴部間隔も含む。隣り合うプラトー自体は、好ましくは、その上に隆起した特徴部またはベース物品内に突設された特徴部を含む。

表面は、本明細書では完全にポリマー性であるとしておおむね記載されているものの、コーティングは、粘弾特性およびトポグラフィー特性に寄与する非ポリマー性要素を含んでもよい。「特徴部」は、本明細書で使用するとき、ベース材料のベース平面から外に突出する体積（Ｌ、Ｗ、およびＨ）、またはベース材料内に突設する窪んだ容積（Ｌ、Ｗ、およびＨ）と定義される。請求対象のアーキテクチャは、いかなる特定の長さにも限定されない。例えば、互いに平行な２つの無限長の隆起線は、その間のチャネルを画成するであろう。対照的に、隆起線の全長を低減することによって、個別の柱を形成することができる。表面は、上述のように、ベース物品と比較して一般に異なる材料であるコーティングとしておおむね記載されているものの、本発明は、マイクロ成形によって入手可能であり得るモノリス状設計によって提供されるものなどの、コーティングおよびベース層が同じ材料から形成される実施形態を含む。

表面コーティングの場合、コーティングは、室温で１×１０^−６Ｓ／ｃｍ未満の導電率を有するとして定義される非導電性材料を含んでもよい。コーティング層は、エラストマー、ゴム、ポリウレタン、およびポリスルホンを含んでもよい。コーティング層の弾性率は、１０ｋＰａ〜３ＧＰａの間であり得る。１０〜１００ｋＰａの材料の場合、コーティングは、ポリアクリル酸などのハイドロゲルおよびポリイソプロピルアクリルイミドなどの感熱性ハイドロゲルを含んでもよい。コーティング層は、１μｍ〜１０ｍｍなどの様々な厚さであってよく、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍの間である。

特徴部のそれぞれは、少なくとも１つのマイクロスケールの寸法を有する。一部の実施形態では、特徴部の上面は、おおむね実質的に平面状である。

特徴部間隔が最も重要な設計パラメータであることが見出されているものの、特徴部寸法も、重要であり得る。本発明のある好ましい実施形態では、特徴部のそれぞれは、「実質的に異なる形状」を有する少なくとも１つの隣り合う特徴部を含む。「実質的に異なる形状」は、少なくとも１つの寸法が、より小さい比較寸法よりも、少なくとも１０％、より好ましくは５０％、および最も好ましくは少なくとも１００％大きいことを指す。特徴部長さまたは特徴部幅は、一般に、実質的な違いを提供するために使用される。

所与のパターンにおける特徴部間隔は、一般に、一貫しているべきである。本発明者らによる研究は、表面の特徴部を構成するリブのマイクロメートルスケール間隔における小さいばらつきが、１μｍ未満の変化（名目上の間隔の１０％以下）がコーティングの性能を有意に低下させ得ることを立証したことを示した。

パターン加工されたコーティング層の組成はまた、幾分かの生体接着性制御も提供し得る表面弾性特性を提供し得る。生体接着性を最小化することが望まれるある好ましい実施形態では、表面から退けられるべき生物によって特徴部のうちの１つに応力が適用されるとき、被覆された表面は、応力をいくつかの周囲の特徴部に分散させる。

粗さ係数（Ｒ）は、表面粗さの尺度である。Ｒは、本明細書では、実表面積（Ｒａｃｔ）の幾何学的表面積（Ｒｇｅｏ）に対する比率として定義される。Ｒ＝Ｒａｃｔ／Ｒｇｅｏ）。一例を１ｃｍ^２片の材料に関して提供する。試料が完全に平坦である場合、実表面積および幾何学的表面積は、両方とも１ｃｍ^２であろう。しかしながら、平坦表面が、フォトリソグラフィおよび選択的エッチングを使用してなどのパターン加工によって粗くされた場合、得られる実表面積は、生成された特徴部の側壁によって提供される追加の表面積のため、元の幾何学的表面積よりもはるかに大きくなる。例えば、粗くすることによって、露出した表面積が元の平坦表面の表面積の２倍になる場合、Ｒ値は、したがって２になるであろう。

トポグラフィは、一般に、少なくとも２の粗さ係数（Ｒ）を提供する。本発明によるパターン加工されたコーティングの効力は、パターン粗さを約２のＲ値よりも高く増大させるにつれて向上することになり、次いで、あるより高いＲ値に到達すると横ばいになる可能性が高いと考えられる。ある好ましい実施形態では、粗さ係数（Ｒ）は、少なくとも４であり、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、または３０などである。より深く、より密な間隔の特徴部を提供することができると仮定すると、Ｒ値は、３０より高くなり得る。

図１（ａ）は、本発明のある実施形態による、藻類の接着および増殖に抵抗するサイズの例示的な「シャークレット」トポグラフィの走査ＳＥＭ画像である。シャークレットトポグラフィは、鮫の皮のトポグラフィに基づく。鮫皮は、水中における低摩擦表面の顕著な例である。種に基づき決まったトポグラフィ特徴部寸法を有する現実の鮫皮とは異なり、シャークレットトポグラフィは、特徴部幅、特徴部高さ、特徴部形状、および特徴部間の間隔を含む任意のトポグラフィ特徴部寸法に対して拡大縮小可能である。現実の鮫皮の組成は、鮫皮の天然の組成に限定されている。本発明によるシャークレットトポグラフィは、合成ポリマー、セラミック、および金属、ならびに複合体を含む様々な材料で生産することができる。

本発明によるシャークレットトポグラフィおよび関連トポグラフィは、２つの正弦関数を使用して定量的に記述することができる。この記述を以下で提供する。

表面層は、ベース表面１３０に取り付けられ、ベース表面１３０から外へ突出する、複数の特徴部１１１を含む。ベース表面１３０は、屋根材料、発電所または水処理施設のための水入口管の内面、インプラント可能な医療デバイスまたは医療材料、例えば乳房インプラント、カテーテル、または心臓弁などであり得る。特徴部１１１のそれぞれは、少なくとも１つのマイクロスケールの寸法を有し、約３μｍの幅、約３〜約１６μｍの長さ、および約１．５μｍの特徴部間隔を有する。コーティング層を含む特徴部１１１の厚さ（高さ）は、約３マイクロメートルである。

所与の特徴部１１１に隣接する特徴部は、一般に、実質的に異なる寸法、図１Ａに示される配置では特徴部長さ、を提供する。特徴部の上面は、平面状であるとして示されている。パターン加工されたコーティング層は、一般に、実施例に記載され、図８Ａ〜図８Ｃに示されるおおむね平面状のベース表面と比較して、藻類に抵抗する。

図１Ｂは、本発明の別の実施形態による、ベース表面１８０内に突設する複数の特徴部１６１を有するパターンの走査光学プロフィロメトリ画像である。特徴部１６１は、ベース表面１８０内へ窪んだ空隙容積を含む。図示しないものの、表面は、図１Ａに示される隆起した特徴部１１１を有する領域を、図１Ｂに示される窪んだ特徴部１６１を有する領域と共に、含み得る。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるパターン加工された表面の組成は、一般に、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐによって提供されるポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）エラストマーＳＩＬＡＳＩＣ Ｔ２（登録商標）などのポリマーであり、ＳＩＬＡＳＩＣ Ｔ２（登録商標）は、相対的に低い弾性率のエラストマーである。特徴部１１１は、単一のポリマーから形成される必要はない。特徴部は、コポリマーおよびポリマー複合体から形成されることができる。別の実施形態では、表面またはコーティングは、鋼、もしくはアルミニウム、またはセラミックなどの材料から構成される。コーティング層はまた、典型的に疎水性であるが、中性または親水性であってもよい。

パターン加工された表面は、いくつかの技法を使用して形成または塗布することができ、技法は、一般に、被覆されるべき面積によって決まる。平方ミリメートルのオーダー以下などの小面積のポリマー層塗布の場合、従来のフォトリソグラフィ、湿式および乾式エッチング、付加製造、３Ｄ印刷およびインクジェット印刷などの技法を、所望のポリマーパターンを形成するために使用することができる。平方センチメートルのオーダー以上などのより大面積の層が必要とされる場合、噴霧、浸漬被覆、手描き、またはよく知られている「アップリケ」法の変種が使用される。これらのより大面積の技法は、上述のように構成された複数のより小さい領域を事実上結合して、船の喫水線の近くおよび船の喫水線の下方の領域などの、大面積の領域にわたるポリマーパターンを提供するであろう。

「Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題されたＸｉａらによる論文は、本発明による比較的大面積の表面を形成するために好適であり得る様々な技法を開示している。Ｘｉａらは、参照によって本出願に組み込まれる。これらの技法としては、マイクロコンタクト印刷、レプリカ成形、マイクロトランスファー成形、毛管内のマイクロ成形、および溶媒支援型のマイクロ成形が挙げられ、これらは全て、一般に、本発明によるトポグラフィを表面に塗布するか、または形成するために使用することができる。本発明によるこの表面トポグラフィは、したがって、トポグラフィを含む印刷パターン加工された接着剤コーティングとして、またはマイクロ成形を通じてデバイスの表面に直接、のいずれかでデバイスに塗布され得る。

使用することができる別のツールは、Ａｎｖｉｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ホーソーン、ニューヨーク州１０５３２によって製造される市販システムであるＡｎｖｉｋ ＨｅｘＳｃａｎ（登録商標）１０１０ ＳＤＥマイクロリソグラフィシステムである。このようなツールは、本発明による表面トポグラフィを大面積にわたって非常に迅速に生産するために使用することができる。これは、１マイクロメートルの解像度を有し、我々の最小のパターンを１時間あたり約９０パネル（１０”×１４”）の速度で生産することができる。

使用することができるさらに別のツールは、Ｏｌｄ Ｗｏｒｌｄ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（バージニアビーチ、バージニア州）によって製造される市販システムであるＯＷＬ Ｎａｎｏ ３Ｄプリンタである。これは、サブ１マイクロメートルの解像度を有し、我々の最小のパターンを１時間あたり約９０パネル（１０”×１４”）の速度で生産することができる。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明と共に使用することができるいくつかの例示的なアーキテクチャパターン（単位格子）を図示する。図２Ａは、シリコンウエハ上に約２μｍ離間した特徴部を有する、ＰＤＭＳエラストマーから製作されたリブレットパターンを示す。特徴部は、従来のフォトリソグラフィ処理を使用して形成した。図２Ｂは、星／クローバーのパターンを示し、図２Ｃは、階調パターンを示し、図２Ｄは、三角形／円形のパターンを示す。

図３は、例示的な特徴部深さ、特徴部間隔、特徴部幅および、図２Ａ〜図２Ｄに示されるパターンに基づく得られる粗さ係数（Ｒ）の表を提供する。図２Ａに示されるリブレットパターンについては、示される深さ、間隔、および幅に対して、得られるパターンの粗さ係数（Ｒ）は、５．０〜８．９の範囲であった。星／クローバーのパターン（図２Ｂ）、階調パターン（図２Ｃ）、および三角形／円形（図２Ｄ）に関する類似のデータが、図３にも示されている。三角形／円形の配置（図２Ｄ）に関しては、１０μｍの特徴部深さ、１μｍの特徴部間隔、ならびに１μｍ（円形）および５μｍ（三角形）の特徴部幅に対して、１３．９の粗さ係数（Ｒ）が得られる。

図４は、本発明のある実施形態による、例示的な階層的（多層）表面アーキテクチャの走査ＳＥＭ画像である。特徴部４１２と、特徴部４１１を含むその隣り合う特徴部との間の約２μｍの第１の特徴部間隔距離は、第１の生物、または約５μｍ以下のサイズ範囲の生物を阻止するためである。例えば、上述のように、藻類の胞子は、名目上幅５μｍである。複数の縞状プラトー領域４２０を含む、パターン加工された第２の層は、第１の層上に配設されている。プラトー層の要素間の間隔距離は、第１の特徴部間隔と比較して実質的に異なる第２の特徴部間隔を提供する。本明細書で使用するとき、「実質的に異なる間隔距離」は、より小さい第１の特徴部間隔距離よりも少なくとも５０％大きく、好ましくは少なくとも１００％大きい。図４では、示されているアーキテクチャは、約２０μｍの、または第１の間隔距離よりも約９００％大きい、第２のパターンストリップ間の間隔距離を提供する。２０μｍの間隔は、名目上のフジツボの幅（最小寸法）の約１／２であり、したがって、フジツボを退ける。したがって、本発明による階層的（多層）表面アーキテクチャは、かなりのサイズ範囲にわたる複数の生物を同時に退けることができる。

本発明の一実施形態では、表面トポグラフィは、少なくとも１つの正弦関数を使用して、数値的に表現することができるトポグラフィである。以下の段落では、シャークレットトポグラフィおよび関連トポグラフィの正弦曲線による説明を提供する。

シャークレットトポグラフィおよび関連トポグラフィは、２つの正弦波を使用して数値的に表現することができる。唯一のトポグラフィ上の制限は、少なくとも１つの寸法長さの不一致を有する２つの要素が選択されなければならず、構造の全体にわたって周期的でなければならないことである、一般式を提供する。２つのうちの最小の特徴部は、対象の生物の最小寸法（幅）のサイズに関係する。２つの周期的な特徴部の間の、および／または２つの周期的な特徴部の周囲の全ての要素および特徴部は、重要ではなくなる。これらの場合のそれぞれの例を提示し、次いで、一般式を展開する。

図１Ａに示されるシャークレットは、この例のために使用されることになる。寸法は、この時点では重要ではない。図１Ａに示されるシャークレットは、４−Ｃ要素（反復）構造である。

図５Ａは、４つのシャークレット特徴部のうちの最小のものの重心で始まる正弦波を示す。シャークレット特徴部の周期性の精査によって、図５Ａに示されるｙ＝Ａ ｓｉｎ（ｗｘ）の形式のサイン波を使用して、この周期性を記述することができる。サイン波によって記述される切片の上の反復構造は、その構造から９０度またはπ／２ラジアンだけ位相外れであり、これは、偶然にもコサイン波であることに気づくことができる。その周期性および詰め込み配置は、（図５Ｂに示される）ｙ＝Ｂ＋Ａ ｃｏｓｉｎｅ（ｗｘ）の形式のコサイン波を使用して表現することができる。

トポグラフィの全表面積は、ｙ＝ｃＮ＋Ａ ｓｉｎ（ｗｘ）ｙ＝ｃＮ＋Ｂ＋Ａ ｃｏｓｉｎｅ（ｗｘ）、式中、Ｎ＝０，１，２，３．．．ｎの形式の両正弦波の数和によって数値的に表現することができる。

トポグラフィの範囲の面積は、したがって、ｎおよびｘの極限によって記述される。

シャークレットトポグラフィおよび関連トポグラフィは、したがって、次の限定によって画成することができる。

少なくとも１つの寸法不一致のある２つの幾何学的特徴部が、構造の全体にわたって周期的でなければならない。

２つの幾何学的特徴部のうちの最小のものは、対象の汚損生物または細胞の最小寸法に関係する。

原点が各サイン波およびコサイン波の始まりに位置付けられた、ｘおよびｙによって表される標準的なデカルト座標系で、２つの特徴部のうちのより小さいものが、波がｙ＝０を横切る場所において周期的である。波は、ｙ＝０において特徴部の面重心を通過する。

原点が各サイン波およびコサイン波の始まりに位置付けられた、ｘおよびｙによって表される標準的なデカルト座標系で、２つの特徴部のうちのより大きいものが、波がその最大振幅に到達する場所において周期的である。波が、ｙ＝ｍａｘにおいて特徴部の最も高い部分の中心と交差し、ｙ＝０において特徴部のｘ軸まわりの慣性モーメントと交差する。

正弦曲線の一般形式
ｙ＝ｃＮ＋Ａ ｓｉｎ（ｗｘ）
ｙ＝ｃＮ＋Ｂ＋Ａ ｃｏｓｉｎｅ（ｗｘ）、式中、Ｎ＝０，１，２，３．．．ｎ
次の式が、変数Ａ、Ｂ、ｃ、およびｗの値を規定する。Ａ＝（１／２）^＊（Ｌ_Ｄ）
Ｌ_Ｄ＝２つの要素のうちのより大きいもののｙ軸寸法 Ｂ＝（１／２）^＊（Ｓ_Ｄ）＋（Ｐ_Ｓ）＋（１／２）^＊（Ｌ_Ｄ）
Ｓ_Ｄ ２つの要素のうちのより小さいもののｙ軸寸法
Ｐ_Ｓ＝詰め込み配置後の２つの要素間のｙ軸間隔 ｃ＝Ｌ_Ｄ＋２^＊（Ｐ_Ｓ）＋Ｓ_Ｄ ｗ＝２π ｆ＝（２π）／（Ｔ）→ ｗ：角周波数（ｒａｄ）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、Ｔ：波の周期
Ｔ＝２^＊Ｘ_Ｄ
Ｘ_Ｄ＝より小さい特徴部の重心からより大きい特徴部の最も高い点の中心までのｘ軸寸法 実施例単位＝マイクロメートル

図６Ａは、要素１および要素２を示す。図６Ｂは、限定３および４に従い、Ｘ_Ｄを定義した後の得られたレイアウトを示す。Ｐ_Ｓ（詰め込み配置後のより小さい要素とより大きい要素との間のｙ軸間隔）は、次いで、図６Ｃに示されるように、３マイクロメートルに設定される。

次いで、変数を計算する。
Ａ＝（１／２）^＊（１８）＝９
Ｂ＝（１／２）^＊（６）＋（３）＋（１／２）^＊（１８）＝１５
ｃ＝１８＋（２）^＊（３）＋９＝３３
ｗ＝（２π）／（２^＊２０．５）＝π／２０．５

次いで、正弦曲線を定義する。
ｙ＝３３Ｎ＋９ ｓｉｎ（（π／２０．５）ｘ） （１）
ｙ＝３３Ｎ＋１５＋９ ｃｏｓｉｎｅ（（π／２０．５）ｘ） （２）
式中、Ｎ＝０，１，２，３．．．ｎ

次いで、空間を、図７Ａに示される定義された要素の間の要素で満たす。次いで、正弦波を適用して、図７Ｂに示される周期的な反復定義を定義し、図７Ｃに示される所望の表面積にわたって所望のトポグラフィ構造を作製する。

本発明による表面トポグラフィを記述するための別の方法は、本発明者らによって初めて想到および使用された、新たに考案された操作された粗さインデックス（ＥＲＩ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ）を伴う。ＥＲＩは、操作された表面トポグラフィの粗さを特性付けることができる。ＥＲＩは、操作された表面トポグラフィのより包括的な定量的記述を提供するために開発されたものであり、Ｗｅｎｚｅｌの粗さ係数（Ｗｅｎｚｅｌ Ｒ Ｎ．１９３６，Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｓｏｌｉｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｔｏ ｗｅｔｔｉｎｇ ｂｙ ｗａｔｅｒ．Ｉｎｄ Ｅｎｇ Ｃｈｅｍ ２８：９８８−９４４）を拡張する。Ｗｅｎｚｅｌの記述だけでは研究対象の操作されたトポグラフィの蛇行性を十分に捕捉しないことが見出された。ＥＲＩは、次のように表現される。ＥＲＩ＝（ｒ^＊ｄｆ）／ｆ_Ｄ （１）、式中、ＥＲＩは、トポグラフィ特徴部のサイズ、形状、および空間配置に関連付けられた３つの変数、Ｗｅｎｚｅｌの粗さ係数（ｒ）、凹んだ表面の分率（ｆ_Ｄ）、および運動の自由度（ｄｆ）を包含する。

Ｗｅｎｚｅｌの粗さ係数は、実表面積の、突出した平面状表面積に対する比率を指す。実表面積は、特徴部の上部、特徴部の壁部、および特徴部間の凹んだ面積に関連付けられた面積を含む。突出した平面状表面積は、特徴部の上部および凹みのみを含む。

凹んだ表面の分率（ｆ_Ｄ）は、突き出た特徴部間の陥凹した表面積と、突出した平面状表面積との比率である。この凹んだ表面の分率の項は、１−φ_Ｓおよび１−ｆ_１の両方に等価であり、式中、φ_Ｓは、Ｑｕｅｒｅおよび同僚（Ｂｉｃｏ Ｊ，Ｔｈｉｅｌｅ Ｕ，Ｑｕｅｒｅ Ｄ．２００２．Ｗｅｔｔｉｎｇ ｏｆ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｓｕｒｆ Ａ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍ Ｅｎｇ Ａｓｐｅｃｔｓ ２０６：４１−４６；Ｑｕｅｒｅ Ｄ．２００２． Ｒｏｕｇｈ ｉｄｅａｓ ｏｎ ｗｅｔｔｉｎｇ．Ｐｈｙｓｉｃａ Ａ：Ｓｔａｔ Ｔｈｅｏｒｅｔ Ｐｈｙｓ ３１３：３２−４６）によって記述された表面の固形分率であり、ｆ１は、Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒの濡れ性の関係の固液界面の項である（Ｃａｓｓｉｅ Ａ Ｂ Ｄ，Ｂａｘｔｅｒ Ｓ．１９４４．Ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｕｒｆａｃｅｓ，Ｔｒａｎｓ Ｆａｒａｄａｙ Ｓｏｃ ４０：５４６−５５１）。

運動の自由度は、表面の蛇行性に関係し、生物（例えば、アオサ胞子またフジツボ）がトポグラフィ表面内の特徴部間の陥凹部（すなわち、溝）に追従する能力を指す。陥凹部が連続的かつ交差するグリッドを形成する場合、ｘ座標およびｙ座標の両方における運動が許容され、自由度は、２である。あるいは、溝が個々に隔離されている場合（例えば、チャネルトポグラフィの場合と同様に）、運動は、１つの座標方向においてのみ許容され、自由度は、１である。

したがって、後述するように、より大きいＥＲＩ値は、低減した落下と相関する。ある好ましい実施形態では、ＥＲＩは、少なくとも５であり、好ましくは８以上である。

本発明の別の実施形態による関連する表面の記述は、表面を有するポリマー層を含む。ポリマー層は、複数の非類似の隣り合う突き出た非平面状表面特徴部を含むエラストマーであり、特徴部は、藻類を退けるために、０．５〜５．０マイクロメートル離間している。特徴部は、特徴部を屈曲させるために必要とされる応力が、細胞壁を変形させるために必要とされる応力よりも＞１０％大きいようなものであり、特徴部は、２つの隣り合う特徴部間の曲げ弾性率において１０％を超える曲げ弾性率差を有し、または３つ以上の隣り合う特徴部の場合、＞１０％のそれらのベクトル同等性の差を有する。好ましくは、表面特徴部は、面積あたりの特徴部の集中度が＞０．１平方マイクロメートルで表面上に存在する。

一実施形態では、表面トポグラフィは、可視光線の透過を可能にする光学特性を呈する。表面トポグラフィは、前記ベース物品に取り付けられるか、または前記ベース物品内に突設された、複数の離間した特徴部によって画成されたパターンを含む。それぞれの特徴部のサイズおよび隣接する特徴部間の距離は、所望の量の光線透過を可能にするように選択される。

一実施形態では、隣接する特徴部間の距離は、各それぞれの特徴部の中心点間で測定されるとき、５μｍ以上であり、具体的には１０μｍ以上であり、具体的には１５μｍ以上であり、より具体的には２０μｍ以上であり、さらにより具体的には２５μｍ以上である。

別の実施形態では、各特徴部は、２μｍ以上、具体的には５μｍ以上、具体的には１０μｍ以上、より具体的には１５μｍ以上、さらにより具体的には２０μｍ以上の幅を有する。

さらに別の実施形態では、隣接する特徴部間の距離は、各それぞれの特徴部の中心点間で測定されるとき、５μｍ以上であり、具体的には１０μｍ以上であり、各特徴部は、２μｍ以上の幅を有する。

さらに別の実施形態では、隣接する特徴部間の距離および／または各特徴部は、５μｍ以上の幅を有する。

一実施形態では、表面トポグラフィは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき、７０％以上、具体的には８０％以上、より具体的には８５％以上、さらにより具体的には９０％以上、さらにより具体的には９５％以上の可視光線（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）、具体的には６００ｎｍの光透過率を有する。

別の実施形態では、表面トポグラフィは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき、８５％以下、具体的には７５％以下、より具体的には５０％以下、さらにより具体的には３５％以下の曇価（ｈａｚｅ）を有する。

さらに別の実施形態では、表面トポグラフィは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定されるとき、１００％以下、具体的には９８％以下、より具体的には９５％以下の全視感透過率を有する。

さらに別の実施形態では、表面トポグラフィは、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき、６０％以下、具体的には５０％以下、より具体的には４０％以下の拡散透過率を有する。

本発明は、表面特性を特定の用途のためにカスタマイズすることができるため、様々な用途に対して多数の利益を提供する。本発明は、そもそも生物付着を低減することによって、表面から生物付着を洗い除くために必要とされるエネルギーおよび費用の低減を提供することができる。結果として、表面の保守／洗浄と保守／洗浄との間の時間をより長くすることができる。後述するように、本発明はまた、被覆されたインプラント型物品の場合、異物反応のため、非カプセル形成を提供することができる。本発明はまた、表面に対する向上した接着性を提供するように構成することができる。

したがって、本発明は、様々な製品に対する広範な応用を有すると期待される。本発明によるコーティングアーキテクチャによって提供される耐生体接着性の利益を受けることができる例示的な製品としては、次のものが挙げられるが、これらには限定されない。
ａ．電子製品、例えばスマートフォンおよびタブレット上のタッチスクリーン用の画面保護シート。
乳房インプラントシェルまたは他の流体充填されたインプラントシェルなどの生物医学的インプラント。
ｂ．心臓弁などの生物医学的器具。
ｃ．病院の表面、例えば、手術と手術との間に容易に交換することができる、表面へのフィルム（静電気）応用を検討されたい。
ｄ．衣類／保護服。
ｅ．生物医学的パッケージング。
ｆ．半導体業界または生物医学業界用などの、クリーンルームの表面。
ｇ．パッケージング、食品調理表面用を含む食品業界。
ｈ．海運業界−船、ならびに関連するビルジタンクおよび雑排水タンク、ならびに水入口管／水出口管を含む船舶の外面。
ｉ．ポンプ場を含む水処理施設。
ｊ．発電所。
ｋ．航空業界。
ｌ．ベビーベッド用などの家具業界。
ｍ．救急車、バス、公共輸送機関用などの運送業界。
ｎ．水泳プール。

後述する実施例は例示目的のみのために提供されるものであり、いかなる方法でも本発明の範囲を限定しないことが理解されるべきである。

黄色ブドウ球菌の細菌による調査では、単離された、個々の細菌（細胞サイズ約１〜２μｍ）に適合させて、細菌細胞間の連結を妨げ、ひいては集密的バイオフィルムの形成を妨げるために、２μｍの間隔寸法を有するシャークレットトポグラフィを選択した。

第１のアッセイを行い、平滑表面トポグラフィまたはシャークレットパターンの表面トポグラフィのいずれかを有する試料上における汚染された布からの黄色ブドウ球菌汚染の平均対数密度を決定した。それぞれの試料表面を、ニッケルシム（パターン加工されていない平滑表面の対照）にキャスティングされたアクリル、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、もしくは熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を使用して調製し、またはシャークレット表面トポグラフィでさらにエンボス加工した。

使用したトポグラフィは、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。各特徴部の深さは、３μｍであった。各試料を、曝露および試験の前に９５％エタノールで１０分間滅菌し、脱イオン水で３回すすぎ、乾燥させたペトリ皿の底にしっかりと接着させた。

結果を図８のグラフに示す。エラーバーは、±１の標準誤差を表す。図８のグラフから分かるように、シャークレットトポグラフィを有する試料は全て、用いたそれぞれの材料のそれぞれについて、平滑表面トポグラフィよりも有意に少ない曝露後の微生物汚染を呈した。

第２のアッセイを行い、異なるトポグラフィを有する試料に対して細菌懸濁物への浸漬とともにＲＯＤＡＣ回収の技法を使用して、黄色ブドウ球菌（ＭＳＳＡ）またはメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）の微生物付着の平均対数密度を決定した。

それぞれの試料表面を、上述のように、ニッケルシム（パターン加工されていない平滑表面の対照）にキャスティングされたアクリルフィルム（Ｆｌｅｘｃｏｎ、スペンサー、マサチューセッツ州から入手可能）を使用して調製し、または上記の同じシャークレット表面トポグラフィでさらにエンボス加工した。

１×１０３〜１×１０４ＣＦＵ／ｍｌの範囲のＭＳＳＡまたはＭＲＳＡの細菌接種は、試験試料をペトリ皿中に室温で１時間完全に沈ませた。次いで、細菌懸濁物を取り除き、ペトリ皿を、非付着細胞を取り除くために８０ｒｐｍで回転させながら、１倍の滅菌ＰＢＳで３回、１０秒間すすいだ。最後のすすぎ水を捨てた後、試料表面を周囲条件下で１時間乾燥させ、ＲＯＤＡＣコンタクト寒天プレート（ＢＢＬ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ＲＯＤＡＣ Ｐｌａｔｅ、Ｔｒｙｐｔｉｃａｓｅ Ｓｏｙ Ａｇａｒ ｗｉｔｈ Ｌｅｃｉｔｈｉｎ ａｎｄ Ｐｏｌｙｓｏｒｂａｔｅ ８０）を使用して生菌に関して試料を評価した。ＲＯＤＡＣコンタクト寒天プレートを、接種面に５秒間押し付け、次いで、３７℃で１８〜２４時間培養した。プレートを、撮影および計数し、結果を定量化し、対数変換し、記録した。

結果を図９のグラフに示す。このプロット図は、平均対数密度および平均値の標準誤差を表す。エラーバーは、±１の標準誤差を表す。有意性を、対数低減データ点の単回のＴ検定を使用して決定した。次いで、平均対数低減データ値を使用して、図９の各列の上方に表示されている百分率低減中央値（＊＊＊）を計算した。ただし、ｐ＜０．００５である。図９のグラフから分かるように、シャークレット表面トポグラフィを有する試料は全て、平滑表面トポグラフィを有する試料よりも有意に少ない曝露後のＭＳＳＡおよびＭＳＲＡの微生物付着を呈し、具体的にはＭＳＳＡおよびＭＲＳＡのそれぞれ９８〜９９％の低減を呈した。

第３のアッセイを行い、均一噴霧接種技法後の異なるトポグラフィを有する試料上におけるＭＳＳＡの微生物存続の平均対数密度を決定した。均一噴霧接種技法は、一般的な表面汚染イベントを模倣している。それぞれの試料表面を、上述のように、ニッケルシム（パターン加工されていない平滑表面の対照）にキャスティングされたアクリルフィルムを使用して調製し、または上述の同じシャークレット表面トポグラフィでエンボス加工した。各試料を、曝露および試験の前に９５％エタノールで１０分間滅菌し、脱イオン水で３回すすぎ、乾燥させたペトリ皿の底にしっかりと接着させた。

１×１０^５〜１×１０^７ＣＦＵ／ｍｌの範囲の細菌懸濁物を、滅菌したＣｅｎｔｒａｌ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ（登録商標）重力フィード式ペイント噴霧器（Ｈａｒｂｏｒ Ｆｒｅｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ、カマリロ、カリフォルニア州から入手可能）を使用して、ペトリ皿内に配置した半径４０ｍｍの半円形状に切断した試験表面上に噴霧した。周囲条件下での３０分間の乾燥に続いて、ＲＯＤＡＣ試料採取を上述のように行った。結果を図１０Ａのグラフに示す。

図１０Ａのグラフから分かるように、シャークレットトポグラフィを有する試料は、平滑表面トポグラフィよりも有意に少ない曝露後の微生物付着を呈し、具体的にはＭＳＳＡの９８％の低減を呈した。

この低減はまた、図１０ＢのＭＳＳＡ試料採取後のＲＯＤＡＣコンタクトプレートの代表的な画像から視覚的に明らかである。図１０Ｂの画像から分かるように、シャークレットトポグラフィを有する表面（右）は、平滑表面トポグラフィ（左）よりも有意に少ない細菌を有する。

第４のアッセイを行い、上述の均一噴霧接種技法を使用して、上述の試料上におけるＭＳＳＡまたはＭＲＳＡの微生物移動および微生物存続の平均対数密度を決定した。試料採取した時点は、乾燥の０分後および９０分後であった。上述のアクリルフィルム試料に加えて、銅箔を材料として使用した追加の試料も評価した（Ａｌａｓｋａｎ Ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ Ｂｒａｓｓ Ｃｏｍｐａｎｙ、シアトル、ワシントン州から入手可能であり、ＵＳ ＥＰＡ抗菌剤として登録された９９．９％の純合金）。結果を図１１のグラフに示す。

図１１のグラフから分かるように、シャークレットトポグラフィを有する試料は、平滑表面トポグラフィおよび銅表面よりも有意に少ない曝露後の微生物付着を呈した。より具体的には、図１１の結果は、シャークレットパターンを有するアクリルフィルム上への（０分における）ＭＳＳＡの移動は、平滑表面と比較して８７％低減されたことを示す。シャークレットパターン上におけるＭＳＳＡの存続（９０分における）は、平滑表面と比較して９７％さらに低減された。類似の結果が、ＭＲＳＡに曝露した試料に関して呈され、結果は、シャークレットトポグラフィに関して、移動の９１％低減および存続の９４％低減を示している。

結果はさらに、シャークレットトポグラフィを有する試料が、ＭＳＳＡまたはＭＲＳＡの移動および存続を低減するのに、平滑表面または銅表面よりも有意に効果的であることを示している。

その上、図１１の結果はさらに、銅は、環境汚染を低減するその能力のために販売されているものの、ＭＳＳＡ汚染を低減するのに効果的でなかったこと、およびシャークレットトポグラフィよりも有意に効果的でなかったことを示している。別のアッセイでは、黄色ブドウ球菌の細菌による調査において、２μｍのシャークレットＰＤＭＳｅ、平滑ＰＤＭＳｅ、およびガラスの試料を、最大１２日間、増殖培地中で１０^７ＣＦＵ／ｍＬに静的に曝露し、バイオフィルムの形成を促進した。試料を、特性付けのために、２日目、４日目、７日目、および１２日目に取り出し、脱イオン水への浸漬によって静かにすすぎ、風乾した。

１２日後、走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ）は、ガラス上に豊富なバイオフィルム、および平滑ＰＤＭＳｅ上にそれよりわずかに少ないバイオフィルムを示したが、シャークレット表面上にはバイオフィルムの形跡はなかった。得られたＳＥＭ画像はまた、シャークレット表面上への細菌細胞の落下の抑制を示唆している。

別の実験を行い、異なる表面トポグラフィを使用して、６００ｎｍにおける可視光線の相対光線透過率を決定した。使用したトポグラフィは、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。それぞれの表面トポグラフィの薄膜を調製し、キュベットの側面に接着した。フィルムを接着していない空のキュベットを、平滑（ＳＭ）表面トポグラフィのために対照として使用した。平滑アクリル系フィルムおよびポリエステル系フィルムも、調製し、分析した。平滑（ＳＭ）表面トポグラフィのそれぞれの結果を、図１２のグラフでグループ分けする。ＳＫ１０×２の表面トポグラフィは、ポリエステル系フィルムを使用して調製した。ＳＫ２×２の表面トポグラフィは、アクリル系フィルムを使用して調製した。

表面トポグラフィのそれぞれの、６００ｎｍにおける可視光線の透過率を、ＣＯ８０００ Ｃｅｌｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｅｔｅｒを使用してキュベットを通して測定した。３つの表面トポグラフィのそれぞれの光線透過率を、百分率として記録した。結果を図１２のグラフに示す。エラーバーは、±１の標準誤差を表す。

図１２のグラフから分かるように、平滑表面トポグラフィは全て、同量の光線透過率を呈した。ＳＫ１０×２の表面トポグラフィは、ＳＫ２×２の表面トポグラフィおよびＳＭの表面トポグラフィと比較して、７６％の光線透過率を呈した。したがって、図１２のグラフの結果は、特徴部の幅が２μｍ以上であり、かつ／または隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍ以上である表面トポグラフィが、光回折を低減し、ＳＫ２×２の表面トポグラフィと比較して光線透過率を有意に増大させることを立証している。

別の実験を行い、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの全視感透過率を決定した。ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ（登録商標）ＴＣＳ Ｐｌｕｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒを、試験手順ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）に従って使用する分光光度計として使用した。使用したトポグラフィは、業界標準の対照材料を使用した対照表面（Ａｐｐｌｅ ｉＰｈｏｎｅ ５／５ｓ／５ｃ用のＷｒｉｔｅＲｉｇｈｔ最大画面保護作り付け画面保護シート）と、上にパターンがない平滑表面（ＳＭ）と、特徴部の幅が２μｍであり、隣接する特徴部の中心点間の距離が１０μｍである、１０×２のパターンを有する表面（ＳＫ１０×２）と、特徴部の幅が２μｍであり、特徴部間の距離が２μｍである、２×２のパターンを有する表面（ＳＫ２×２）と、を含んでいた。表面トポグラフィのそれぞれの相対厚さを下の表１で提供する。

試料を、３回の別個の実行で分析して、各それぞれの試料の全視感透過率を決定した。結果を下の表２に示す。

各試料の平均全視感透過率を、図１３のグラフにプロットする。表２および図１３から分かるように、ＳＫ１０×２の表面トポグラフィの全視感透過率は、ＳＫ２×２の表面トポグラフィの全視感透過率よりも有意に低く、対照および平滑（ＳＭ）表面トポグラフィに匹敵する。

別の実験を行い、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの拡散透過率を決定した。表面トポグラフィは、上述のものと同じであった。試料を、３回の別個の実行で分析して、各それぞれの試料の全拡散透過率を決定した。結果を下の表３に示す。

各試料の平均全拡散透過率を、図１４のグラフにプロットする。表３および図１４から分かるように、ＳＫ１０×２の表面トポグラフィの拡散透過率は、ＳＫ２×２の表面トポグラフィの拡散透過率よりも有意に低い。

別の実験を行い、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するときの、異なる表面トポグラフィの曇価を決定した。表面トポグラフィは、上述のものと同じであった。試料を、３回の別個の実行で分析して、各それぞれの試料の全拡散透過率を決定した。結果を下の表４に示す。

各試料の平均曇価を、図１５のグラフにプロットする。表４および図１５から分かるように、ＳＫ１０×２の表面トポグラフィの曇価は、ＳＫ２×２の表面トポグラフィの曇価よりも有意に低い。

ある実施形態では、物品は、複数の離間した特徴部を備え、隣接する特徴部間の距離は、１０マイクロメートル（μｍ）以上、好ましくは１２マイクロメートル以上、好ましくは２０マイクロメートル以上、好ましくは２５マイクロメートル以上、最高で５０マイクロメートルの最大値である。

別の実施形態では、物品は、複数の離間した特徴部を備え、各特徴部は、２マイクロメートル（μｍ）以上、好ましくは３マイクロメートル以上、好ましくは４マイクロメートル以上、好ましくは５マイクロメートル以上、好ましくは６マイクロメートル以上、好ましくは８マイクロメートル以上、好ましくは１０マイクロメートル以上、より好ましくは約１５マイクロメートル以上の幅を有する。幅は、２５マイクロメートルの最大値を有することができ、好ましくは２０マイクロメートル以下の値を有する。

物品は、透明基材（本明細書ではベース物品とも呼ぶ）上に配設されてもよい。言い換えれば、光学的透明基材は、その上に本明細書で詳述するテクスチャを含む表面が配設されてもよい。光学的透明基材は、約８０％以上、好ましくは約９０％以上、より好ましくは約９５％以上の透明度を有し得る。別の実施形態では、光学的透明基材は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき、５０％未満、好ましくは３５％未満、好ましくは２０％未満、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満の曇価を有し得る。

ある実施形態では、物品は、フロントガラス、光学顕微鏡、望遠鏡、および同様のもの用のレンズ、化学的シグナルなどの分散用に使用されるレンズ、ならびに同様のものなどの、透明表面（透明基材またはベース物品）上で使用されてもよい。要するに、表面および基材（ベース物品）は、金属酸化物（例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、またはそれらの組み合わせ）を含むガラスを含み得る。

フロントガラスでは、物品は、フロントガラスの外側（すなわち、自動車の外側に面するフロントガラスの表面）上に、フロントガラスの内側（すなわち、自動車の内側に面するフロントガラスの表面）上に、かつ／またはフロントガラスを形成する２つ以上のガラス層間に、配設され得る。入来光を回折させる物品の能力は、運転者に入射する光の強度を低減させる。

物品はまた、家屋の窓内または窓上に配設され得る。これは、家屋の居住者が窓の外を見るとき、家屋の居住者に入射する光の強度を低減する。したがって、物品は、光学的に透明であり、見る人が物品を通して見ることを可能にするものの、入来光を回折させて、入来光が見る人を眩ませるのを防止することもできる。入来光を回折させる物品の能力により、光源の化学分析において有用なものになり、分析機内の複数の検出器位置が、光源中に含まれる化学物質の検出をできるようにすることを可能にする。

物品はまた、生体接着性を防止し、水分の蓄積を介した汚染を防止するために、望遠鏡および顕微鏡用レンズ上に使用され得る。接着を防止する物品の能力は、凝縮による蓄積が存在するとき、表面からの水分の排水を促進する。物品はまた、凝縮物の排出のために沸騰プレート上に使用され得る。

本発明を、本発明の好ましい特定の実施形態と共に説明してきたものの、上述の説明およびそれに続く実施例は、本発明の範囲を例示することを意図し、本発明の範囲を限定することを意図しないことが理解されるべきである。本発明の範囲内の他の態様、利点、および変更は、本発明が属する分野の当業者には明らかであろう。

Claims (23)

1. 生物の生体接着性に抵抗するための表面トポグラフィを有する物品であって、
   表面を有するベース物品を備え、前記表面は、前記ベース物品に取り付けられるか、または前記ベース物品内に突設された、複数の離間した特徴部によって画成されるパターンを含むトポグラフィを有し、前記複数の特徴部は、実質的に異なる形状を有する少なくとも１つの特徴部を含み、隣り合うパターンが共通の特徴部を共有し、前記複数の離間した特徴部は、少なくとも１つのマイクロスケールの寸法を有し、前記表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて７０％以上の光透過率を有する、物品。
2. 前記表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて８０％以上の光透過率を有する、請求項１に記載の物品。
3. 前記表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて８５％以上の光透過率を有する、請求項１に記載の物品。
4. 前記表面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて９０％以上の光透過率を有する、請求項１に記載の物品。
5. 前記表面は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき５０％以下の曇価を有する、請求項１に記載の物品。
6. 前記表面は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき３５％以下の曇価を有する、請求項１に記載の物品。
7. 前記表面は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき１０％以下の曇価を有する、請求項１に記載の物品。
8. 前記表面は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき５％以下の曇価を有する、請求項１に記載の物品。
9. 隣接する特徴部間の距離は、１０μｍ以上である、請求項１に記載の物品。
10. 各特徴部は、２μｍ以上の幅を有する、請求項１に記載の物品。
11. 隣接する特徴部間の距離および／または各特徴部は、５μｍ以上の幅を有する、請求項１に記載の物品。
12. 前記表面は、蛇行経路を含む、請求項１に記載の物品。
13. 前記蛇行経路は、隣り合うパターン間に存在する、請求項１１に記載の物品。
14. 前記複数の離間した特徴部は、コーティングの形態で前記表面に塗布されている、請求項１に記載の物品。
15. 前記複数の離間した特徴部は、有機ポリマー、セラミック、または金属を含む、請求項１に記載の物品。
16. 前記特徴部のグループは、線形経路または複数のチャネルを画成するように互いに対して配置されている、請求項１に記載の物品。
17. 前記蛇行経路は、正弦関数によって定義されている、請求項１に記載の物品。
18. １つ以上の特徴部は、グループ間で共有されている、請求項１に記載の物品。
19. 前記特徴部は、類似の形状を有する、請求項１に記載の物品。
20. 前記特徴部は、約２〜約３０の粗さ係数（Ｒ）を有する、請求項１に記載の物品。
21. 前記ベース物品は、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて８０％以上の光透過率を有する、請求項１に記載の物品。
22. 前記ベース物品は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−１３手順Ｂ（分光光度計法）によって測定するとき５％以下の曇価を有する、請求項１に記載の物品。
23. 前記ベース物品は、金属酸化物を含むガラスを含む、請求項２３に記載の物品。

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