JP2022509862A - 可溶性テンプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本明細書では、テクスチャをその上に配置した可溶性ポリマーを含むテンプレートが開示されており、テクスチャは、第１の複数の離間特徴部を含むパターンを含み、離間特徴部は、複数のグループで配置され、グループ内の離間特徴部は、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルの平均距離で離間され、各特徴部は、隣接する特徴部上の表面に実質的に平行な表面を有し、各特徴部は、その隣接する特徴部から分離され、特徴部のグループは、曲折経路を画定するように互いに配置され、テンプレートは、最大厚さ１．５ミリメートルおよび最大厚さの４０以下の最小厚さを有する自立フィルムの形態であり、テクスチャ加工された表面の表面積は、少なくとも１０ｃｍ^２超である。
【選択図】図５

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１１月２９日に出願された米国出願第６２／７７２，８５７号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、可溶性テンプレートおよびその製造方法に関する。

［背景技術］
生体接着を制御するため、テクスチャ加工表面と接触する流体の流れ制御のため、および種々の他の理由のために、表面のテクスチャ加工が開発されている。図１は、生体接着の制御および流量制御に使用され得る表面テクスチャ１００を示している。テクスチャは、少なくとも１つの方向で互いに平行な縁部１３０を有するように配置された複数の特徴部１１１を含む。図１に見られるように、特徴部は、テクスチャ加工表面全体に繰り返されるパターン（点線によって包含される）１０２で配置される。

図２および図３は、パターンの一部が、他のパターンの一部と比較したときに異なる角度で配向される繰り返しパターンを含む別のテクスチャ加工表面１００を示している。図２では、４つの象限（それぞれ１、２、３、および４）のパターンは、互いに異なる方向に配向される。軸ＡＡ’は、第１の象限におけるパターンの配向軸を示し、パターンＢＢ’は、隣接する象限におけるパターンの配向を示している。図２から、軸ＡＡ’が軸ＢＢ’と直交して配向されていることがわかる。したがって、象限１および３のパターンは、象限２および４のパターンに対して直角に配向される。このパターンの配向は、パターンを横断するために流体が流れる必要がある曲折経路の長さが大幅に増加するため、特定の方向で表面上の流体流を制御するために使用される。互いに垂直方向にパターンを配向することによって、１つの方向の流体流が隣接する象限内のパターンによって妨げられるため、パターンを横切る流体流が最小化される。

図３はまた、互いに対して配向される複数のパターンを含むテクスチャ加工表面１００を示している。図３では、パターンＰ、Ｍ、Ｎの３つの異なる特徴部の配向が存在する。これらの配向は、それぞれＡＡ’、ＸＸ’、およびＹＹ’軸に沿っている。軸ＡＡ’、ＸＸ’、およびＹＹ’に沿って見られる長距離秩序を有利に使用して、これらの軸に沿ったパターン配向を変化させることによって、流体の流れを制御および誘導することができる。

図４Ａ～図４Ｄはまた、生体接着を制御し、流量制御を行うために使用され得る種々の構造を示している。図１、図２、図３および図４Ａ～図４Ｄに示されるテクスチャ加工表面の製造は、多くの場合、高価で重い射出成形装置の使用を伴うため、高価なものとなる。射出成形装置で使用するために、特殊な（テクスチャを含む）ダイを製造する必要がある。ダイサイズの制限により、単一の製造操作でテクスチャ加工され得る物品の表面積は制限されている。さらに、複雑で手の届かない物品の部分をテクスチャ加工するためのダイを製造することは困難である。射出成形装置およびそれとともに使用されるダイは、重く、製造が困難であるため、より軽く、より安価なテクスチャ表面の手段が望まれている。任意の場所に搬送することができ、その場所として使用所望の表面にテクスチャ加工することができる製造テンプレートを開発することもまた望まれている。

［発明の概要］
本明細書では、テクスチャをその上に配置した可溶性ポリマーを含むテンプレートが開示されており、テクスチャは、第１の複数の離間特徴部を含むパターンを含み、離間特徴部は、複数のグループで配置され、グループ内の離間特徴部は、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルの平均距離で離間され、各特徴部は、隣接する特徴部上の表面に実質的に平行な表面を有し、各特徴部は、その隣接する特徴部から分離され、特徴部のグループは、曲折経路を画定するように互いに配置され、テンプレートは、最大厚さ１．５ミリメートルおよび最大厚さの４０以下の最小厚さを有する自立フィルムの形態であり、テクスチャ加工された表面の表面積は、少なくとも１０ｃｍ^２超である。

本明細書では、２つのプラテン間に可溶性ポリマーを配置することであって、プラテンのうちの１つが、テクスチャを有する、配置することと、可溶性ポリマーを、２３～３００℃の温度および５～１５０ポンド／平方インチの圧力でテクスチャを有するプラテンと接触させることと、可溶性ポリマー上にテクスチャの鏡像を形成することと、可溶性ポリマーをテンプレートとして使用して、別の表面をテクスチャ加工することであって、テンプレートが、自立フィルムであり、テクスチャが、第１の複数の離間特徴部を含むパターンを含み、離間特徴部が、複数のグループで配置され、グループ内の離間特徴部が、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルの平均距離で離間され、各特徴部が、隣接する特徴部上の表面に実質的に平行な表面を有し、各特徴部が、その隣接する特徴部から分離され、特徴部のグループが、曲折経路を画定するように互いに配置され、テンプレートが、最大厚さ１．５ミリメートルおよび最大厚さの４０％以下の最小厚さを有する自立フィルムの形態であり、テクスチャ加工表面の表面積が、少なくとも１０ｃｍ^２超である、使用することと、を含む、方法も開示される。

特徴部が表面全体に繰り返し様式で配置されたテクスチャ加工表面上のパターンを示す。 パターンの一部が、他のパターンの一部と比較したときに異なる角度で配向される繰り返しパターンを含む別のテクスチャ加工表面を示す。 パターンの一部が、他のパターンの一部と比較したときに異なる角度で配向される繰り返しパターンを含む別のテクスチャ加工表面を示す。 生体接着を制御するために使用され得る表面上の特徴部の１つの配置を示す。 生体接着を制御するために使用され得る表面上の特徴部の別の配置を示す。 生体接着を制御するために使用され得る表面上の特徴部の別の配置を示す。 生体接着を制御するために使用され得る表面上の特徴部の別の配置を示す。 図４Ａに示すテクスチャを形成する基本的な反復ユニットを示す。［発明を実施するための形態］

本明細書には、物品の表面をテクスチャ加工するためのテンプレートが開示される。テンプレートは、可撓性および可溶性であり、所望の表面に配置されるべきパターンの鏡像であるパターンを含む自立フィルムである。自立フィルムの１つの表面または対向する両方の表面には、所望の表面にテクスチャ加工するために使用されるパターンが含まれ得る。テンプレートは、テクスチャ加工される表面に対して押し付けられる。表面をテクスチャ加工した後、テンプレートは溶解によって除去され、テクスチャ加工表面が残る。テンプレートの溶解性により、表面がテクスチャ加工された後、テンプレートをパターンニングされた表面から溶解または洗い流すことができる。したがって、テンプレートは使い捨てテンプレートである。テンプレートはまた、テクスチャ加工表面から除去するために分解し、溶解することができる。

テンプレートは、好ましくは溶媒中に容易に溶解する材料から製造される自立フィルムである。自立フィルムは、基板上に支持されておらず、その製造場所以外の場所で使用するために独立して搬送できるフィルムである。溶媒は、有機溶媒（すなわち、非水性溶媒）または水性溶媒とすることができ、テクスチャ処理が完了した後にテンプレートを溶解するため、またはテンプレートを洗い流すために使用され得る。テンプレートは、室温で液体溶媒中に溶解させる分子量の有機ポリマーを含むことが好ましい。

テンプレートを製造するために使用される有機ポリマーには、熱可塑性ポリマー、熱可塑性ポリマーのブレンド、熱硬化性ポリマー、熱硬化性ポリマーのブレンド、または熱硬化性ポリマーとの熱可塑性ポリマーのブレンドが含まれてもよい。有機ポリマーはまた、ポリマー、コポリマー、ターポリマー、または前述の有機ポリマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせのブレンドであってもよい。有機ポリマーはまた、オリゴマー、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、交互ブロックコポリマー、ランダムポリマー、ランダムコポリマー、ランダムブロックコポリマー、グラフトコポリマー、スターブロックコポリマー、デンドリマー、ポリ電解質（電解質を含む一部の反復基を有するポリマー）、ポリアンホライト（カチオン性および陰イオン性反復基の両方を有するポリ電解質）、イオノマーなど、または前述の有機ポリマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせであってもよい。有機ポリマーは、１モル当たり１０，０００グラム超、好ましくは２０，０００ｇ／モル超、より好ましくは５０，０００ｇ／モル超の数平均分子量を有する。

テンプレートとして使用するための好ましいポリマーは、直鎖熱可塑性ポリマーまたは非晶質の軽架橋ポリマーである。ポリマーは、水と相溶性があってもよく、または相溶性がなくてもよい。ポリマーは、室温の有効溶媒中の溶解速度が０．５～１０グラム／分であることが好ましい。

テンプレートで使用され得る熱可塑性ポリマーの例として、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリアルキド、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリウレタン、エポキシ、フェノール類、シリコーン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリチミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシインドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリ無水物、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリスルフィド、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリ尿素、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリヘキサメチルセルロース、ポリヘキサエチルセルロース、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリアミドアミンなど、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

テンプレートでの使用に適したポリ電解質の例としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ペクチン、カラギーナン、アルギン酸塩、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンなど、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

テンプレートでの使用に好適な熱硬化性ポリマーの例としては、エポキシポリマー、不飽和ポリエステルポリマー、ポリイミドポリマー、ビスマレイミドポリマー、ビスマレイミドトリアジンポリマー、シアネートエステルポリマー、ビニルポリマー、ベンゾオキサジンポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー、アクリル、アルキド、フェノール－ホルムアルデヒドポリマー、ノボラック、リッソール、メラミンホルムアルデヒドポリマー、尿素－ホルムアルデヒドポリマー、ヒドロキシメチルフラン、イソシアネート、フタル酸ジアリル、シアヌル酸トリアリル、トリアリルイソシアヌレート、不飽和ポリエステルイミドなど、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

熱可塑性ポリマーのブレンドの例としては、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン／ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ナイロン、ポリスルホン／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリカーボネート／熱可塑性ウレタン、ポリカーボネート／ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート／ポリブチレンテレフタレート、熱可塑性エラストマー合金、ナイロン／エラストマー、ポリエステル／エラストマー、ポリエチレンテレフタレート／ポリブチレンテレフタレート、アセタール／エラストマー、スチレン－無水マレイン酸／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミドポリエチレン／ナイロン、ポリエチレン／ポリアセタールなどが挙げられる。

テンプレートに使用され得るポリマーにはまた、生分解性材料も含まれる。生分解性ポリマーの好適な例は、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸とポリカプロラクトンのコポリマー（ＰＣＬ－ＰＬＧＡコポリマー）、ポリヒドロキシブチレートバレレート（ＰＨＢＶ）、ポリオルトエステル（ＰＯＥ）、ポリエチレンオキサイドブチレンテレフタレート（ＰＥＯ－ＰＢＴＰ）、ポリＤ、Ｌ－乳酸－ｐ－ジオキサノン－ポリエチレングリコールブロックコポリマー（ＰＬＡ－ＤＸ－ＰＥＧ）など、またはそれらの組み合わせである。

好ましいポリマーは、水または水を含む溶媒中に溶解することができるポリマーである。例示的な水溶性ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリヘキサメチルセルロース、ポリヘキサエチルセルロース、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリアミドアミン、ポリエチレングリコール、またはそれらの組み合わせである。前述の水溶性ポリマーのコポリマーも使用され得る。水溶性コポリマーを使用する場合、水溶性ポリマーと共重合される他のポリマーは、水溶性である必要はない。しかしながら、コポリマーの一部が水溶性でなくても、水に可溶性であることが望ましい。

テンプレートとして使用するための好ましいポリマーは、直鎖熱可塑性ポリマーである。直鎖熱可塑性ポリマーの好適な例は、ポリビニルアルコールである。

テンプレートには種々の添加剤が含まれ得る。添加剤としては、補強充填剤、抗オゾン剤、抗酸化剤、離型剤、抗ブロック剤、滑り止め剤、電気伝導性充填剤など、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

テンプレートは、容易に搬送できるように可撓性であることが望ましい。一実施形態では、テンプレートを中央シャフトに転がして、他の場所で使用するために搬送することができる。テンプレートは、１０ナノメートル～０．５ミリメートル、好ましくは１００ナノメートル～１ミリメートル、好ましくは２００ナノメートル～０．５ミリメートルの厚さ「ｔ」を有する。好ましい実施形態では、テンプレートの厚さは、０．０２～０．２５ミリメートルであり得る。

テンプレートはエンボス加工技術または鋳造プロセスを使用してテクスチャ加工されている。エンボス加工技術では、溶融ポリマー（テンプレートの製造に使用される）は、プラテンの第１の表面上に配置される。次いで、対向するテクスチャ加工された第２の表面が溶融ポリマーに押圧される。テクスチャがポリマーに転写される。冷却後、ポリマーは、プラテンから除去され、その上に含まれるテクスチャを別のポリマー表面に付与するために使用される。一実施形態では、対向するテンプレートの表面は、両方とも、単一の動作でテクスチャ加工することができる。これは、両方がテクスチャ加工されたプラテンの２つの対向する表面の間で溶融ポリマーを押し付けることによって実現される。

一実施形態では、対向するテンプレートの表面は、同じテクスチャを含み得る。別の実施形態では、対向するテンプレートの表面は、異なるテクスチャを含み得る。テンプレートの１つの表面上のテクスチャは、対向するテンプレートの表面上のテクスチャとは異なる角度で傾くように回転し得る。

ホットエンボス加工を伴うさらに別の実施形態では、テンプレートとして使用されるフィルムは、プラテンの第１の表面上に配置される。フィルムは、フィルムの融点を下回っている。次に、その上に配置された所望のテクスチャを有する第２の表面が、圧力下でフィルムに接触する。第２の表面は、高温であり得る。第１の表面はまた、高温で維持され得る。第１の表面の上昇温度は、第２の表面の上昇温度と同一であってもよく、または代替的に異なっていてもよい。テクスチャ加工された第２の表面によって接触されると、フィルムは、エンボス加工され、プラテンの第２の表面上に含まれるテクスチャのミラー画像を含むこととなる。次に、テンプレートを使用して、その上に含まれるテクスチャを他の表面に付与してもよい。この方法はまた、対向するテンプレートの表面をテクスチャ加工するために使用され得る。

第２のテンプレートによって第１のテンプレート上のフィルムに印加される圧力は、１平方インチ当たり５～１５０ポンド、好ましくは１平方インチ当たり１０～１００ポンド、より好ましくは１平方インチ当たり１５～８０ポンドである。好ましい温度は室温（２３℃）～３００℃、好ましくは４０～１５０℃、より好ましくは５０～１２５℃である。

別の実施形態では、テクスチャは、鋳造によって製造される。鋳造プロセスでは、溶媒およびテンプレートの製造に使用されるポリマーを含む溶液が、所望のテクスチャを有する表面上に配置される。テクスチャ加工表面が加熱されて、溶媒を蒸発させ、ポリマーの固化が促進される。ポリマーの固化を補助するために、真空が使用されてもよい。固化ポリマーは、テクスチャ加工表面の鏡像を含み、テンプレートとして使用され得る。

２つのプラテンは、ロールミル内のローラーであり得ることに留意されたい。１つのローラーは、第１のプラテンとして機能し、一方、対向するローラーは、第２のプラテンとして機能する。ローラーの一方または両方をテクスチャ加工することができる。ローラーが可溶性ポリマーに接触すると、可溶性ポリマーの表面（複数可）をテクスチャ加工することができる。

テンプレートに付与されるテクスチャとともに、テンプレートを以下にさらに詳細に説明する。図５は、図４Ａに示されるテクスチャを形成する基本的な反復ユニットを示している。図５は、テンプレートを詳細に説明するために使用され、テンプレートを介して転写され得るテクスチャの一実施形態のみを表している。他のテクスチャデザインを含む他のテンプレートは、本明細書に記載された方法で使用され得る。図５は、テンプレートの側面図および断面ＬＬ’の断面図を示している。

基本的な反復ユニットは、互いに平行であるが、図４Ａまたは図５に見られるように、整列されたときに、第１の方向に見たときに正弦波経路を画定する複数の細長い離間特徴部が含まれる。第１の方向に見たときの経路（テンプレート内）は、スプライン関数で表すこともできる。一実施形態では、第２の方向で見ると、特徴部間の経路は、非線形であってもよく、非正弦波であってもよい。換言すると、経路は、非線形であってもよく、非環状であってもよい。別の実施形態では、特徴部間の経路は、線形であっても、厚さが変化してもよい。複数の離間特徴部は、表面から外側に突出していてもよく、表面に突出していてもよい。図５の特徴部はテンプレートの表面に突出している。

一実施形態では、複数の離間特徴部は、表面と同じ化学組成を有し得る。別の実施形態では、複数の離間特徴部は、表面とは異なる化学組成を有し得る。換言すると、特徴部は、テンプレートの表面に結合されて、（テンプレートを使用して製造される）テクスチャ加工表面上の特徴部の表面エネルギーを調節し得る。別の実施形態では、テンプレートの特徴部および表面は、モノリシックであってもよい（すなわち、それらは、１つの未分割物品を形成してもよい）。

一実施形態では、表面テクスチャは、複数の同一のパターンを含み、各パターンは、第１の表面に取り付けられるか、または突出する複数の離間特徴部によって画定され、ここで、少なくとも１つの離間特徴部は、約１ナノメートル～約１ミリメートル、好ましくは５ナノメートル～５００マイクロメートル、より好ましくは１００ナノメートル～５０マイクロメートルの寸法「ｄ」を有する。

別の実施形態では、離間特徴部間の平均周期は、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルであり得る。一実施形態では、離間特徴部間の周期は、約２、５、１０、２０、５０、１００、または２００ナノメートルであり得る。別の実施形態では、離間特徴部間の平均周期は、約２、５、１０、２０、５０、１００、または２００ナノメートルであり得る。別の実施形態では、周期は、約０．１、０．２、０．５、１、５、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、または４５０マイクロメートルであり得る。さらに別の実施形態では、平均周期は、約０．１、０．２、０．５、１、５、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、または４５０マイクロメートルであり得る。

一実施形態では、離間特徴部は、１ナノメートル～５００マイクロメートル、具体的には約１０ナノメートル～約２００マイクロメートル、より具体的には約５０ナノメートル～約１００マイクロメートルの寸法を有し得る。

別の実施形態では、各パターンは、少なくとも１つ以上の隣接パターンを有し、少なくとも１つ以上の隣接パターンは、異なるサイズまたは形状を有する。換言すると、第１のパターンは、第２の隣接パターンを有し得、第２の隣接パターンは、第１のパターンと同じ特徴部を備えながら、第１のパターンとは異なる形状を有し得る。さらに別の実施形態では、各パターンは、異なるサイズまたは形状を有する少なくとも２つ以上の隣接パターンを有する。さらに別の実施形態では、各パターンは、異なるサイズまたは形状を有する少なくとも３つ以上の隣接パターンを有する。さらに別の実施形態では、各パターンは、異なるサイズまたは形状を有する少なくとも４つ以上の隣接パターンを有する。

一実施形態では、パターンの各特徴部は、異なる幾何学形状（例えば、サイズまたは形状）を有する少なくとも１つの隣接する特徴部を有する。特徴部のパターンは、単一の要素である。パターンの各特徴部は、特徴部とは異なる幾何学的形状を有する少なくとも２、３、４、５、または６つの隣接する特徴部を有する。一実施形態では、パターンを形成する少なくとも２つ以上の異なる特徴部が存在する。別の実施形態では、パターンを形成する少なくとも３つ以上の異なる特徴部が存在する。さらに別の実施形態では、パターンを形成する少なくとも４つ以上の異なる特徴部が存在する。さらに別の実施形態では、パターンを形成する少なくとも５つ以上の異なる特徴部が存在する。

別の実施形態では、パターンの少なくとも２つの同一の特徴部は、異なる幾何学形状（例えば、サイズまたは形状）を有する少なくとも１つの隣接する特徴部を有する。特徴部のパターンは、単一の要素である。一実施形態では、パターンの２つの同一の特徴部は、少なくとも２、３、４、５、または６つの隣接する特徴部を有し、これらの隣接する特徴部は、同一の特徴部とは異なる幾何学形状を有する。別の実施形態では、パターンの３つの同一の特徴部は、少なくとも２、３、４、５、または６つの隣接する特徴部を有し、これらの特徴部は、同一の特徴部とは異なる幾何学的形状を有する。

一実施形態では、パターンの複数の（均一または不均一に離間され得る）離間特徴部は、１～６０マイクロメートル、好ましくは１０～５０マイクロメートル、より好ましくは１５～４０マイクロメートルの全長「Ｌ」を有する。

一実施形態では、テンプレートは、１０ナノメートル～１．５ミリメートル、好ましくは１００ナノメートル～１．０ミリメートル、より好ましくは２００ナノメートル～０．５ミリメートルの総厚さ「ｔ」を有する。厚さｔ’は、テンプレートの最も薄いセクションを表しており、それがテクスチャ加工に使用された表面からテンプレートを洗い流しやすいかどうかの指標を提供する。図５において、厚さｔ’は、テンプレートの厚さからベース表面からの特徴部の突起の深さを差し引いた厚さである。より薄いテンプレートは可撓性を有するため、複雑な表面をテクスチャ加工するために使用され得る。

厚さｔ’（部分厚と称され得る）は、厚さｔ未満であり、一般に、全厚さｔの８０％の最大値を超えない。一実施形態では、厚さｔ’は、概して、全厚さｔの６０％の最大値を超えない。さらに別の実施形態では、厚さｔ’は、概して、全厚さｔの４０％の最大値を超えない。このテンプレートは、４ナノメートル～０．６ミリメートル、好ましくは４０ナノメートル～０．４ミリメートル、より好ましくは８０ナノメートル～０．２ミリメートルの厚さｔ’を有する。

テンプレート上のテクスチャは、命名法によって詳細化することができる。この命名法は、以下の式（１）により表される。
－Ａ_１ＳＫ Ａ_２×Ａ_３ （１）
ここで、Ａ_１の前の記号は、テクスチャがテンプレートのベース表面から突出するか、またはテンプレートのベース表面に突出するかを示している。正の符号（＋）は、テクスチャがベース表面から突出していることを示し、負の符号（－）は、テクスチャがベース表面に突出していることを示している。用語Ａ_１は、ベース表面の上または下のテクスチャの高さまたは深さをマイクロメートルで表し、Ａ_２は、パターン内の各特徴部の幅をマイクロメートルで表し、Ａ_３は、パターン内の特徴部間の間隔をマイクロメートルで表している。ＳＫという用語は、Ｂｒｅｎｎａｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許第７１４３７０９（Ｂ２）号、およびＢｒｅｎｎａｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願第１２／５５０，８７０号に示され、記載されているＳＨＡＲＫＬＥＴ（登録商標）パターンテクスチャを表す。Ｓｈａｒｋｌｅｔ（登録商標）パターンテクスチャは、図４Ａおよび図５に示されるテクスチャである。

命名法の数値的な例は、次のとおりである。命名法（＋１．７ＳＫ２×２など）は次のように解読する必要がある。＋１．７は、ベース表面より上のテクスチャの高さをマイクロメートル単位で示し、ＳＫは、Ｂｒｅｎｎａｎ ｅｔ ａｌ．に対する米国特許第７１４３７０９（Ｂ２）号およびＢｒｅｎｎａｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願第１２／５５０，８７０号に示され、記載されているＳｈａｒｋｌｅｔパターンを指している。１．７の前の負の符号（－）は、テクスチャがベース表面より下である（ベース表面に突出している）ことを示す。ＳＫ２×２の最初の２は、パターン内の各特徴部の幅（マイクロメートル）を表し、２番目の２は、パターン内の特徴部間の間隔（マイクロメートル）を表している。

テンプレートは、１０平方センチメートル（ｃｍ^２）超、好ましくは２０ｃｍ^２超、好ましくは１００ｃｍ^２超、より好ましくは１平方メートル（ｍ^２）超、より好ましくは１０ｍ^２超、およびより好ましくは１００ｍ^２超の総表面積（長さ×幅）を有する。大きな断面のテンプレートをシャフトに巻き取って、他の場所で使用するために搬送することができる。

一実施形態では、複数の離間特徴部は、表面と同様の化学組成を有する。別の実施形態では、複数の離間特徴部は、表面の組成物とは異なる化学組成を有する。複数の離間特徴部は、コーティングの形態で表面に適用される。物品上のパターンは、約２～約３０、好ましくは５～２５の加工粗さ指数（ＥＲＩ）を有する。加工粗さ指数は、以下の式（１）に示されている。
ＥＲＩ＝ｒ×ｄ_ｆ／ｆ_ｄ （１）
式中、ｒはＷｅｎｚｅｌ粗さであり、ｄ_ｆは自由度であり、ｆ_ｄは凹部面積の割合である。自由度は、胞子または細菌が特定のチャネルを移動する場合に移動できる経路の数である。ＥＲＩは、Ｂｒｅｎｎａｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許第７，６５０，８４８号に定義されており、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

（テンプレート上の）複数の特徴部はそれぞれ、実質的に異なるサイズまたは幾何学形状を有する少なくとも１つの隣接する特徴部を有し、各パターンは、隣接するパターンの特徴部と同一であり、その特徴部を隣接するパターンと共有する少なくとも１つの特徴部を有する。隣接する離間特徴部間の平均間隔は、第１の表面および／または第２の表面の少なくとも一部分（第１の表面に対向し、かつ第１の表面と接触している）において、約１ナノメートル～約１ミリメートルである。パターン内の特徴部は互いに等距離であるため、複数の離間特徴部は、周期的関数によって表される。互いにサイズが同一である２つの個々の隣接する特徴部は存在しないことに留意されたい。

上記のように、テンプレート内のパターンは、曲折経路によって隣接パターンから分離される。曲折経路は、周期的関数で表すことができる。周期的関数は、各曲折経路について異なっていてもよい。一実施形態では、パターンは、２つ以上の周期的関数によって表され得る曲折経路によって互いに分離され得る。周期的関数は、正弦波を含み得る。例示的な実施形態では、周期的関数は、２つ以上の正弦波を含んでよい。

別の実施形態では、複数の異なる曲折経路がそれぞれ複数の周期的関数によって表されるとき、それぞれの周期的関数は、固定位相差によって分離され得る。さらに別の実施形態では、複数の異なる曲折経路がそれぞれ複数の周期的関数によって表されるとき、それぞれの周期的関数は、可変位相差によって分離され得る。

一実施形態では、複数の離間特徴部は、実質的に平坦な上面を有する。別の実施形態では、多要素プラトー層を表面の一部に配置することができ、該プラトー層の要素間の間隔距離は、第２の特徴部間隔を提供し、第２の特徴部間隔は、第１の特徴部間隔と比較した場合、実質的に異なっている。

一実施形態では、隣接する２つのグループによって共有される一部の特徴部の合計は、奇数に等しい。別の実施形態では、隣接する２つのグループによって共有される一部の特徴部の合計は、偶数に等しい。

図４Ａおよび図５に見られるように、曲折経路は、かかる特徴部の複数のグループ間に実質的に存在する。特徴部のグループは、パターンとも称される。パターンは、テンプレートの表面全体で繰り返されるため、反復ユニットとみなすことができる。図４Ａに見られるように、別様で、不定期な特徴部が曲折経路内にあり得る。一実施形態では、曲折経路への接線は、常にパターンの単一の分離された特徴部と交差する。一実施形態では、曲折経路への接線と離間特徴部との間の交点の頻度は、周期的である。別の実施形態では、曲折経路への接線と、離間特徴部との間の交点の頻度は、非周期的である。別の実施形態では、曲折経路への接線と、共有の特徴部との間の交点の頻度は、周期的である。別の実施形態では、曲折経路への接線と、共有の離間特徴部との間の交点の頻度は、非周期的である。

特徴部のグループは、少なくとも１つの反復ユニットを含み、少なくとも１つの共通の特徴部を共有することが一般的に望ましい。例えば、図４Ａでは、特徴部のグループは、ダイヤモンド形状を有する反復ユニットを形成している。各反復ユニット内の最小の特徴部が、２つの隣接する反復ユニットによって、または２つの隣接する特徴部のグループによって共有されることもわかる。２つ以上のパターンのグループによる特徴部の共有により、曲折経路が形成される。同様に、図２Ａおよび図２Ｂは、２つの隣接する反復ユニットによって共有される少なくとも１つの特徴部を示している。

特定のパターンの特徴部の数は、奇数であっても偶数であってもよい。一実施形態では、所与のパターンにおける特徴部の総数が奇数に等しい場合、共有の特徴部の数は概して奇数に等しい。別の実施形態では、所与のパターンにおける特徴部の総数が偶数に等しい場合、所与のパターンにおける共有の特徴部の数は偶数に等しい。

離間特徴部は、種々の幾何学形状を有し得、一次元、二次元、または三次元、またはそれらの間の任意の次元で存在し得る。離間特徴部は、異なる寸法を有する類似の幾何学的形状を有し得るか、または異なる寸法を有する異なる幾何学的形状を有し得る。例えば、図４Ａにおいて、離間特徴部は、類似の形状を有し、各形状は異なるサイズを有する。一方、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄにおいて、離間特徴部は、異なる幾何学形状および異なる寸法を有する。

幾何学的形状は、（例えば、ユークリッド数学によって記述される）規則性を有するか、または（例えば、非ユークリッド数学によって記述される）不規則性を有し得る。ユークリッド数学では、その質量が、離間特徴部の寸法の整数乗（例えば、１乗、２乗、３乗）に正比例する構造が記述される。一実施形態では、幾何学的形状は、例えば、線、三角形、円、四角形、多角形、球体、立方体、フラーレン、またはかかる幾何学的形状の組み合わせなどの、ユークリッド数学によって記述される形状を含み得る。

例えば、図４Ａは、離間特徴部がほぼ楕円であることを示している。すなわち、上から見たときの各特徴部の断面形状は、長方形を半円と組み合わせて得られる形状と同様である。同様に、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、円、円の断面（例えば、半円、四分の一円）、三角形などを含む特徴部を示している。

一実施形態では、反復ユニットは、ユークリッド数学によって記述される幾何学的形状を有する離間特徴部の組み合わせを生成するために、隣接する反復ユニットと組み合わせることができる。一実施形態では、離間特徴部は、非ユークリッド数学によって記述され得る不規則な幾何学形状を有し得る。非ユークリッド数学は、一般的に、質量が離間特徴部の寸法の分数乗（例えば、１．３４、２．７５、３．５３などの分数乗）に正比例する構造を記述するために使用される。非ユークリッド数学によって記述することができる幾何学形状の例としては、フラクタルおよび他の不規則な形状の離間特徴部が挙げられる。

一実施形態では、その幾何学的形状がユークリッド数学によって記述され得る離間特徴部を組み合わせて、その幾何学的形状が非ユークリッド数学によって記述され得る特徴部を生成することができる。換言すると、特徴部のグループは、拡張対称性を有し得る。フラクタル次元は、特徴部が配置されるテンプレート表面に対して垂直に測定され得るか、または特徴部が配置されるテンプレート表面に対して平行に測定され得る。フラクタル次元は、形状間ギャップで測定される。

一実施形態では、フラクタル次元は、特徴部が配置される表面に平行に測定される平面において、約１．００～約３．００、具体的には約１．２５～約２．２５、より具体的には約１．３５～約１．８５の分数乗を有し得る。別の実施形態では、フラクタル次元は、特徴部が配置される表面に垂直に測定される平面において、約１．００～約３．００、具体的には約１．２５～約２．２５、より具体的には約１．３５～約１．８５の分数乗を有し得る。

さらに別の実施形態では、フラクタル次元は、特徴部が配置される表面に垂直に測定された平面において、約３．００～約４．００、具体的には約３．２５～約３．９５、より具体的には約３．３５～約３．８５の分数乗を有し得る。換言すると、各特徴部の曲折経路または表面は、（小規模ではあるが）パターンの特徴部と同様の特徴部でテクスチャ加工することができ、これにより、曲折経路自体内にマイクロ曲折経路およびナノ曲折経路が作製される。

別の実施形態では、離間特徴部は、特徴部が配置される表面に平行な方向に複数のフラクタル次元を有し得る。離間特徴部は、特徴部が配置される表面に平行な方向に２個以上のフラクタル次元、具体的には３個以上の次元、具体的には４個以上の次元を有するように配置され得る。顕微鏡写真の頂部から底部の方向に特徴部によって作成されるフラクタル次元は、それぞれ１．４４４および１．５１９であり、一方、左から右の方向に特徴部によって作成されるフラクタル次元は、１．５５７の次元を有する。複数のフラクタル次元を有するテクスチャが存在することにより、藻類、細菌、ウイルス、および他の生物の生体接着が防止される。

さらに別の実施形態では、離間特徴部は、特徴部が配置された表面に垂直な方向に複数のフラクタル次元を有し得る。離間特徴部は、特徴部が配置される表面に平行な方向に２個以上のフラクタル次元、具体的には３個以上の次元、具体的には４個以上の次元を有するように配置され得る。

テンプレート上の曲折経路は、正弦関数、スプライン関数、多項式関数などによって定義され得る。曲折経路は、一般に、複数の離間特徴部のグループの間に存在し、特徴部の存在によって、または２つの特徴部の間の接触によって中断され得る。曲折経路と離間特徴部との間の交点の頻度は、周期的または非周期的であり得る。一実施形態では、曲折経路は、周期的であり得る。別の実施形態では、曲折経路は、非周期的であり得る。一実施形態では、２つ以上の別個の曲折経路は、決して互いに交差しない。

テンプレート上の曲折経路は、曲折経路における障害物として機能する特徴部がバイパスされている場合、パターンが配置される表面の全長にわたって延在する長さを有し得る。２つの隣接パターンの２つの隣接する特徴部の間で測定される曲折経路の幅は、約１０ナノメートル～約５００マイクロメートル、具体的には約２０ナノメートル～約３００マイクロメートル、具体的には約５０ナノメートル～約１００マイクロメートル、より具体的には約２００ナノメートル～約５０マイクロメートルである。

テンプレート上の離間特徴部は、それらの間に線形経路またはチャネルを有する。一実施形態では、離間特徴部は、複数の線形経路またはそれらの間の複数のチャネルを有し得る。

テクスチャは、上記に開示されるものとは異なってもよいことに留意されたい。例えば、異なるサイズの種々の幾何学形状の組み合わせを含むランダムなテクスチャも、本明細書に詳述される方法で製造されてよい。幾何学的形状は、３面体、４面体、多角形、円、楕円など、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。前述の物体の頂点を接続する側面は、線形または曲線状であり得る。

上で詳細に説明したように、テンプレートは溶媒中に可溶性である。溶媒は、有機溶媒または水性溶媒であり得る。溶媒は、液体、蒸気、またはそれらの組み合わせの形態であり得る。超臨界流体および／または過熱流体も使用され得る。水性溶媒が好ましい。液体二酸化炭素も好ましい。水と組み合わせて、テンプレートを溶解し得る共溶媒を形成することができる溶媒が望ましい。

テンプレートを室温で溶解することができる溶媒または共溶媒を使用することが望ましい。テンプレートを高温で溶解することができる溶媒および共溶媒も使用され得る。例えば、水は、３２～２１１°Ｆの温度で使用されてもよい。２１２°Ｆ以上の温度で蒸気を使用してテンプレートを溶解してもよい。テンプレートによってテクスチャ加工表面を溶解または損傷することなく、テンプレートを溶解することができる溶媒を使用することが一般に望ましい。

プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチロラクトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ニトロベンゼン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、Ｎ－メチルピロリドンなどの液体非プロトン性極性溶媒、またはそれらの組み合わせは、概して、テンプレートを溶解するために望ましい。水、メタノール、アセトニトリル、ニトロメタン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどの極性プロトン溶媒、またはそれらの組み合わせを使用してもよい。ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、四塩化炭素、ヘキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど、またはそれらの組み合わせなどの他の非極性溶媒も、テンプレートを溶解するために使用され得る。好ましい溶媒の例は、水、アルコール、テトラヒドロフラン、アセトン、またはそれらの組み合わせである。過熱流体および超臨界流体を使用して、テンプレートを溶解／分解することもできる。

一実施形態では、溶媒は、テンプレートの材料を溶解することに加えて、テンプレートの化学結合の一部を分解または破壊するために酸または塩基を含んでもよい。

本明細書に開示される特徴部を含むテンプレートは、使い捨てテンプレートである。大量に容易に製造し、別の場所に搬出して使用することが可能である。環境に配慮したポリマーから製造され、使用後は環境に配慮した水などの溶媒を用いて洗い流すことができるものであればよい。テンプレートは、可撓性を有し、軽量な材料から製造されているため、複数の形状および寸法を有する複雑な表面および表面上で使用することができる。

テンプレートは、酸化および水蒸気損傷を防止し得る保護フィルム（例えば、シリコーンフィルムまたはポリオレフィンフィルム）で囲まれ、使用される場所に搬送され得る。

テンプレートおよびその中で使用される材料は、以下の非限定的な実施例によって例示され得る。

この実施例を実施して、所与のテクスチャを転写し得るテンプレートの調製における水溶性ポリマーの使用を実証した。

この例では、Ｓｕｌｋｙ Ｓｕｐｅｒ Ｓｏｌｖｙ水溶性安定剤フィルムロールとして市販されているポリビニルアルコールを、図５に見られるものと同様のテクスチャを含む基板上に配置した。テクスチャは、＋２ＳＫ２×２で表され得る寸法を有する。フィルムの形態のポリビニルアルコールは、基板のテクスチャ加工表面上に配置される。

次いで、フィルムは、高温で基板上に押圧される。ポリビニルアルコールフィルムを基板上に押し付けるためにホットロールが使用され得る。ホットロールの温度は１９０℃である。加熱鉄を使用して、同様の結果を実現することができる。

フィルムを高温でテクスチャ加工された基板に押し付けると、基板の隙間にフィルムが流れ込む。テクスチャ加工された基材の鏡像が、テクスチャ加工表面に接触するポリビニルアルコールフィルムの表面上に印刷される。

次いで、加熱されたフィルムを冷却し、基板から除去する。これにより、別の表面をテクスチャ加工するためのテンプレートとして使用することができる。

本発明を一部の実施形態に関して説明したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得、同等物がその要素の代わりに置換され得ることを理解するであろう。さらに、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の態様として開示される特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことが意図される。

Claims (18)

1. テンプレートであって、
   テクスチャをその上に配置した可溶性ポリマーであって、前記テクスチャが、第１の複数の離間特徴部を含むパターンを含み、前記離間特徴部が、複数のグループで配置され、グループ内の前記離間特徴部が、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルの平均距離で離間され、各特徴部が、隣接する特徴部上の表面に実質的に平行な表面を有し、各特徴部が、その隣接する特徴部から分離され、前記特徴部のグループが、曲折経路を画定するように互いに配置され、前記テンプレートが、最大厚さ１．５ミリメートルおよび前記最大厚さの４０％以下の最小厚さを有する自立フィルムの形態であり、前記テクスチャ加工表面の前記表面積が、少なくとも１０ｃｍ^２超である、可溶性ポリマーを含む、テンプレート。
2. 前記ポリマーが、水溶性である、請求項１に記載のテンプレート。
3. 前記ポリマーが、有効溶媒中で０．５～１０グラム／分の溶解速度を有する、請求項１に記載のテンプレート。
4. 前記ポリマーが、直鎖熱可塑性非晶質ポリマーまたは架橋ポリマーである、請求項１に記載のテンプレート。
5. 前記ポリマーが、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリヘキサメチルセルロース、ポリヘキサエチルセルロース、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリアミドアミン、ポリエチレングリコール、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のテンプレート。
6. 前記ポリマーが、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリヘキサメチルセルロース、ポリヘキサエチルセルロース、ポリエチレンイミン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、またはポリアミドアミンのうちの少なくとも１つのコポリマーである、請求項１に記載のテンプレート。
7. 前記複数の離間特徴部が、前記テンプレートの表面に突出されている、請求項１に記載のテンプレート。
8. 前記特徴部のグループが、線形経路または複数のチャネルを画定するように互いに対して配置されている、請求項１に記載のテンプレート。
9. 前記曲折経路が、正弦曲線またはスプライン関数によって画定されている、請求項１に記載のテンプレート。
10. 前記テクスチャが、前記テンプレートの対向する表面上に配置されている、請求項１に記載のテンプレート。
11. 前記テンプレートの前記対向する表面上の前記テクスチャが、互いにある角度で傾いている、請求項１０に記載のテンプレート。
12. ２つのプラテン間に可溶性ポリマーを配置することであって、前記プラテンのうちの１つが、テクスチャを有する、配置することと、
    前記可溶性ポリマーを、２３～３００℃の温度および５～１５０ポンド／平方インチの圧力で前記テクスチャを有する前記プラテンと接触させることと、
    前記可溶性ポリマー上に前記テクスチャの鏡像を形成することと、
    前記可溶性ポリマーをテンプレートとして使用して、別の表面をテクスチャ加工することであって、前記テンプレートが、自立フィルムであり、前記テクスチャが、第１の複数の離間特徴部を含むパターンを含み、前記離間特徴部が、複数のグループで配置され、グループ内の前記離間特徴部が、約１ナノメートル～約５００マイクロメートルの平均距離で離間され、各特徴部が、隣接する特徴部上の表面に実質的に平行な表面を有し、各特徴部が、その隣接する特徴部から分離され、前記特徴部のグループが、曲折経路を画定するように互いに配置され、前記テンプレートが、最大厚さ１．５ミリメートルおよび前記最大厚さの４０％以下の最小厚さを有する自立フィルムの形態であり、前記テクスチャ加工表面の前記表面積が、少なくとも１０ｃｍ^２超である、テクスチャ加工することと、を含む、方法。
13. 前記テクスチャを有する前記プラテンによって、テクスチャ加工される前記表面に対向する前記可溶性ポリマーの表面をテクスチャ加工することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記可溶性ポリマーが、前記２つのプラテンの間に前記可溶性ポリマーを配置する前に、溶融されている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記可溶性ポリマーが、前記２つのプラテンの間に前記可溶性ポリマーを配置する前に、溶媒と混合されている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記可溶性ポリマーが、前記２つのプラテンの間に前記可溶性ポリマーを配置した後に、加熱されている、請求項１２に記載の方法。
17. 前記２つのプラテンが、ローラーである、請求項１２に記載の方法。
18. 前記テンプレートを２つの非粘着シートの間に配置することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
    
    

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