JP5013575B2 - Material surface treatment method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for readily introducing a phosphorylcholine group in very good efficiency to an arbitrary material, the surface treatment of which by using a conventional silane coupler has been difficult, by reacting the surface with a specific phosphorylcholine group-containing silane coupler. <P>SOLUTION: The method for treating the surface of the material comprises subjecting the surface of the material to vapor deposition of a metal oxide or silica, and treating the deposited surface with a phosphorylcholine-containing compound represented by formula (1) (wherein, m is 2-6; n is 1-4; X<SP>1</SP>, X<SP>2</SP>and X<SP>3</SP>are each independently a methoxy group, an ethoxy group or a halogen, with the proviso that up to two of the X<SP>1</SP>, X<SP>2</SP>and X<SP>3</SP>can be any of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group and an isobutyl group). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ホスホリルコリン基を含有する表面改質剤による表面処理方法及び、該表面処理方法により改質された樹脂、改質粉体、金属、セラミックス、繊維に関する。   The present invention relates to a surface treatment method using a surface modifier containing a phosphorylcholine group, and a resin, a modified powder, a metal, a ceramic, and a fiber modified by the surface treatment method.

本発明の表面処理方法は、任意の素材に、生体適合性、保湿性、その他の様々な有用な機能を素材に付与する。   The surface treatment method of the present invention imparts biomaterials, moisture retention, and other various useful functions to any material.

ホスホリルコリン基を有する重合体は生体適合性高分子として検討されており、この重合体を各種基剤に被覆させた生体適合性材料が開発されている。   Polymers having phosphorylcholine groups have been studied as biocompatible polymers, and biocompatible materials in which this polymer is coated on various bases have been developed.

例えば、特許文献1には、2−メタクロイルオキシエチルホスホリルコリンの単独重合体及び共重合体で被覆した粉末を、化粧料用粉末として利用して保湿性や皮膚密着性を改善した化粧料が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a cosmetic material in which a powder coated with a homopolymer and a copolymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine is used as a cosmetic powder to improve moisture retention and skin adhesion. Has been.

また、特許文献2及び特許文献3には、ホスホリルコリン基を有する重合体で被覆した医療用材料や分離剤が開示されている。   Patent Documents 2 and 3 disclose medical materials and separating agents coated with a polymer having a phosphorylcholine group.

上記の材料は、主に水酸基を有するアクリル系モノマーと2−クロロ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オキシドを反応させ、更にトリメチルアミンにより4級アンモニウムとすることによりホスホリルコリン構造を有するモノマーを合成しこれを重合して得られる重合体により、その表面が被覆されたものである(重合体の製造方法に関しては特許文献4及び5を参照)。   The above materials have a phosphorylcholine structure by reacting mainly an acrylic monomer having a hydroxyl group with 2-chloro-1,3,2-dioxaphosphorane-2-oxide and further converting to quaternary ammonium with trimethylamine. The surface is coated with a polymer obtained by synthesizing and polymerizing the monomer (see Patent Documents 4 and 5 for the method for producing the polymer).

特許文献4には、2−メタクロイルオキシエチルホスホリルコリンとメタクリル酸エステルの共重合体が製造され、特許文献5には2−メタクロイルオキシエチルホスホリルコリンの単独重合体が製造されている。   In Patent Document 4, a copolymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine and methacrylic acid ester is produced. In Patent Document 5, a homopolymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine is produced.

非特許文献1には、担体上に化学的にグラフトされたホスホリルコリン基により、タンパク質の吸着が減少することが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes that the adsorption of proteins is reduced by a phosphorylcholine group chemically grafted on a carrier.

しかしながら、ホスホリルコリン基を有する重合体により、物体の表面を被覆して改質する方法では、被覆した重合体が物体から剥離するため、耐久性に問題が生じる場合がある。特に親水性の表面にホスホリルコリンを用いた重合体を被覆した場合、水などで容易に重合体が脱落してしまう。また、疎水性表面を被覆する場合、疎水基を有するホスホリルコリン重合体を合成し、疎水性相互作用を用いて耐久性を発揮させるが、有機溶媒など、疎水性相互作用がキャンセルされるような条件下においては、やはり容易に重合体が脱落するという問題が生じる。   However, in the method of coating and modifying the surface of an object with a polymer having a phosphorylcholine group, the coated polymer is peeled off from the object, which may cause a problem in durability. In particular, when a hydrophilic surface is coated with a polymer using phosphorylcholine, the polymer easily drops off with water or the like. In addition, when coating a hydrophobic surface, a phosphorylcholine polymer having a hydrophobic group is synthesized, and the durability is exhibited by using hydrophobic interaction. However, conditions such as an organic solvent can cancel the hydrophobic interaction. Underneath, there is still a problem that the polymer falls off easily.

上記の問題を解決するため、本願発明者等はホスホリルコリン基を有するシランカップラーを開発し、強固な共有結合によって、ホスホリルコリン基を素材に導入することにより、素材表面に導入したホスホリルコリン基の耐久性が大きく改善され、期待すべき機能が十分に発揮されることを確認している(特許文献6)。   In order to solve the above problems, the inventors of the present application developed a silane coupler having a phosphorylcholine group, and by introducing the phosphorylcholine group into the material by a strong covalent bond, the durability of the phosphorylcholine group introduced on the material surface is improved. It has been confirmed that it is greatly improved and the expected functions are fully exhibited (Patent Document 6).

特開平7−118123号公報JP 7-118123 A 特開2000−279512号公報JP 2000-279512 A 特開2002−98676号公報JP 2002-98676 A 特開平9−3132号公報JP-A-9-3132 特開平10−298240号公報JP-A-10-298240 特開2005−187456号公報JP 2005-187456 A Jian R.Lu等、Langmuir 2001、17、3382−3389Jian R. Lu et al., Langmuir 2001, 17, 3382-3389.

しかしながら、シランカップラーによる表面処理が有効な素材は、金属酸化物や一部の金属に限定され、また、それらの中でも反応効率は金属種により異なることが見出された。すなわち、樹脂のように、必ずしも、シランカップラーとの反応する足場がない素材に対しては、該シランカップラーは、必ずしも有効な手段とはならない。   However, materials that are effective for surface treatment with a silane coupler are limited to metal oxides and some metals, and among them, it has been found that the reaction efficiency varies depending on the metal species. That is, the silane coupler is not necessarily an effective means for a material that does not necessarily have a scaffold for reacting with the silane coupler, such as a resin.

本発明は、従来のシランカップラーを用いた表面処理が困難であった任意の素材に対して、金属酸化物若しくはシリカの蒸着、又は、アルコキシシラン化合物による処理若しくはポリシラザン処理により、素材表面にシランカップラーと反応する基(シリカ蒸着、アルコキシシラン化合物処理、ポリシラザン処理を行う場合はシラノール基)を導入し、特定のホスホリルコリン基含有シランカップラーと反応させることにより、優れた耐久性の共有結合によって、該ホスホリルコリン基を極めて効率良く、簡便に導入する方法を提供するものである。   The present invention provides a silane coupler on the surface of a material by vapor deposition of a metal oxide or silica, or treatment with an alkoxysilane compound or polysilazane treatment on any material that has been difficult to surface-treat using a conventional silane coupler. By introducing a group that reacts with silica (silanol vapor deposition, alkoxysilane compound treatment, or silanol group when polysilazane treatment is performed) and reacting with a specific phosphorylcholine group-containing silane coupler, the phosphorylcholine has excellent durability. The present invention provides a method for introducing a group extremely efficiently and simply.

すなわち、本発明は、素材表面をトリアルコキシモノアルキルシラン又はジアルコキシジアルキルシランにより処理してシラノール基を導入した後、下記式(1)で示されるホスホリルコリン基含有化合物により処理を行う素材の表面処理方法を提供するものである。

Figure 0005013575
(1)
式中、mは2〜6、nは1〜4である。
1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)
That is, the present invention provides a material surface treatment in which the surface of a material is treated with trialkoxymonoalkylsilane or dialkoxydialkylsilane to introduce a silanol group, and then treated with a phosphorylcholine group-containing compound represented by the following formula (1). A method is provided.
Figure 0005013575
(1)
In the formula, m is 2 to 6, and n is 1 to 4.
X 1 , X 2 and X 3 are each independently a methoxy group, an ethoxy group or a halogen. However, up to two of X 1 , X 2 , and X 3 may be any of methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, and isobutyl group.
R is any of the structures in the following formulas (2) to (4) (however, in the structures of the following formulas (2) to (4), the compound of the formula (1) is represented by A—R—B).
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)

さらに、本発明は、上記表面処理方法により処理された樹脂素材(合成樹脂又は天然樹脂)を提供するものである。   Furthermore, this invention provides the resin raw material (synthetic resin or natural resin) processed by the said surface treatment method.

また、本発明は、上記表面処理方法により処理された改質粉体を提供するものである。   Moreover, this invention provides the modified powder processed by the said surface treatment method.

さらに、本発明は、上記表面処理方法により処理された金属素材を提供するものである。   Furthermore, this invention provides the metal raw material processed by the said surface treatment method.

また、本発明は、上記表面処理方法により処理されたセラミックス素材を提供するものである。   Moreover, this invention provides the ceramic raw material processed by the said surface treatment method.

さらに、本発明は、上記表面処理方法により処理された繊維素材を提供するものである。   Furthermore, this invention provides the fiber raw material processed by the said surface treatment method.

本発明の表面処理方法によれば、通常はシランカップラーによる表面処理が困難である各種物体の表面を、極めて簡便な反応によって、希望する任意の量のホスホリルコリン基を素材表面に導入することが可能である。すなわち、素材の材質、形状を問わず、表面改質が可能である。その結果、ホスホリルコリン基により、タンパク質吸着抑制等の希望する各種機能を有する樹脂、改質粉体、金属、セラミックス、繊維を容易に製造できる。   According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to introduce any desired amount of phosphorylcholine groups to the surface of a material by a very simple reaction on the surface of various objects that are usually difficult to treat with a silane coupler. It is. That is, surface modification is possible regardless of the material and shape of the material. As a result, resins, modified powders, metals, ceramics and fibers having various desired functions such as protein adsorption suppression can be easily produced by phosphorylcholine groups.

さらに詳しく言えば、各種素材に、タンパク質やポリペプチドの吸着が極めて少ないホスホリルコリン基を、簡便かつ定量的に、高い耐久性をもって導入することができる。また、ホスホリルコリン基以外の未反応官能基が導入されることも無いために、極めて生体適合性の高い素材を提供することが可能である。   More specifically, phosphorylcholine groups with very little protein or polypeptide adsorption can be introduced into various materials simply and quantitatively with high durability. Further, since an unreacted functional group other than the phosphorylcholine group is not introduced, it is possible to provide a material with extremely high biocompatibility.

本発明の方法により、ホスホリルコリン基を表面に導入した合成樹脂及び天然樹脂、改質粉体、金属、セラミックス、繊維は、生体適合性に極めて優れている。また、表面への蛋白吸着も少ないことから、医療材料、分析装置、診断・分析用粒子、化粧料などに応用可能である。   Synthetic and natural resins, modified powders, metals, ceramics, and fibers having phosphorylcholine groups introduced on the surface by the method of the present invention are extremely excellent in biocompatibility. Moreover, since there is little protein adsorption to the surface, it can be applied to medical materials, analyzers, diagnostic / analytical particles, cosmetics and the like.

「表面処理剤(表面改質剤)」
本発明で用いる表面処理剤(表面改質剤)は、下記式(1)、または(5)若しくは(6)で示されるホスホリルコリン基含有化合物である。特開2005−187456号公報にその製造方法が詳しく記載されている。

Figure 0005013575
(1)
式中、mは2〜6、nは1〜4である。
1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)
式(2)〜(4)中、Lは1〜6、Pは0〜3を表す。
Figure 0005013575
(5)
Figure 0005013575
(6)
式中、mは2〜6、nは1〜4である。X1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。 "Surface treatment agent (surface modifier)"
The surface treating agent (surface modifier) used in the present invention is a phosphorylcholine group-containing compound represented by the following formula (1), (5) or (6). Japanese Patent Laid-Open No. 2005-187456 describes the manufacturing method in detail.
Figure 0005013575
(1)
In the formula, m is 2 to 6, and n is 1 to 4.
X 1 , X 2 and X 3 are each independently a methoxy group, an ethoxy group or a halogen. However, up to two of X 1 , X 2 , and X 3 may be any of methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, and isobutyl group.
R is any of the structures in the following formulas (2) to (4) (however, in the structures of the following formulas (2) to (4), the compound of the formula (1) is represented by A—R—B).
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)
In formulas (2) to (4), L represents 1 to 6, and P represents 0 to 3.
Figure 0005013575
(5)
Figure 0005013575
(6)
In the formula, m is 2 to 6, and n is 1 to 4. X 1 , X 2 and X 3 are each independently a methoxy group, an ethoxy group or a halogen. However, up to two of X 1 , X 2 , and X 3 may be any of methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, and isobutyl group.

「式(1)、または(5)若しくは(6)のホスホリルコリン基含有化合物の製造方法」
下記式(7)に示したホスホリルコリン誘導体を蒸留水に溶解させる。下記式(7)のホスホリルコリン誘導体は公知の化合物であり市販品を入手できる。

Figure 0005013575
(7) “Method for Producing Phosphorylcholine Group-Containing Compound of Formula (1), (5) or (6)”
A phosphorylcholine derivative represented by the following formula (7) is dissolved in distilled water. The phosphorylcholine derivative of the following formula (7) is a known compound and is commercially available.
Figure 0005013575
(7)

式(7)の化合物の水溶液を氷水浴中で冷却し、過ヨウ素酸ナトリウムを添加し、5時間攪拌した。反応液を減圧濃縮、減圧乾燥し、メタノールにより下記式(8)に示すアルデヒド基を有するホスホリルコリン誘導体を抽出する。

Figure 0005013575
(8) An aqueous solution of the compound of formula (7) was cooled in an ice-water bath, sodium periodate was added, and the mixture was stirred for 5 hours. The reaction solution is concentrated under reduced pressure and dried under reduced pressure, and a phosphorylcholine derivative having an aldehyde group represented by the following formula (8) is extracted with methanol.
Figure 0005013575
(8)

次に、式(8)のメタノール溶液に3−アミノプロピルトリメトキシシランを0.5当量添加する。この混合溶液を室温で所定時間撹拌したのち、氷冷し、シアノヒドロホウ素化ナトリウムを適量添加し、室温に戻して16時間撹拌する。この間も反応容器には乾燥窒素を流し続ける。沈殿をろ過した後、式(5)のメタノール溶液を得る。   Next, 0.5 equivalent of 3-aminopropyltrimethoxysilane is added to the methanol solution of the formula (8). The mixed solution is stirred at room temperature for a predetermined time, and then ice-cooled, an appropriate amount of sodium cyanohydroborate is added, and the mixture is returned to room temperature and stirred for 16 hours. During this time, dry nitrogen is continuously supplied to the reaction vessel. After filtering the precipitate, a methanol solution of formula (5) is obtained.

式(7)の化合物の水溶液を氷水浴中で冷却し、過ヨウ素酸ナトリウム及び触媒量の三塩化ルテニウムを添加し、3時間攪拌する。反応液を減圧濃縮、減圧乾燥し、メタノールにより下記式に示すカルボキシル基を有するホスホリルコリン誘導体(A)を抽出する。

Figure 0005013575
(A) An aqueous solution of the compound of formula (7) is cooled in an ice-water bath, sodium periodate and a catalytic amount of ruthenium trichloride are added and stirred for 3 hours. The reaction solution is concentrated under reduced pressure and dried under reduced pressure, and the phosphorylcholine derivative (A) having a carboxyl group represented by the following formula is extracted with methanol.
Figure 0005013575
(A)

次に、式(A)のアセトニトリル或いはN,N−ジメチルホルムアミド分散液に塩化チオニル1.2当量を添加し、30分間攪拌した溶液に3−アミノプロピルトリメトキシシランを0.9当量添加する。この混合溶液を室温で4時間撹拌する。この方法では、式(6)の化合物として下記式(B)の化合物が得られる。同様な方法により、3−アミノプロピルトリメトキシシランの代わりに他のシラン化合物を用いて、一般式の式(1)、又は式(6)の化合物が得られる。

Figure 0005013575
(B) Next, 1.2 equivalent of thionyl chloride is added to the acetonitrile or N, N-dimethylformamide dispersion of formula (A), and 0.9 equivalent of 3-aminopropyltrimethoxysilane is added to the stirred solution for 30 minutes. The mixed solution is stirred at room temperature for 4 hours. In this method, the compound of the following formula (B) is obtained as the compound of the formula (6). By a similar method, the compound of the general formula (1) or the formula (6) is obtained using another silane compound instead of 3-aminopropyltrimethoxysilane.
Figure 0005013575
(B)

また、上記縮合反応に用いる試薬は、塩化チオニル以外にも、五塩化リン、オキシ塩化リン、三臭化リン、オキザリルクロライドなど、一般的にカルボン酸ハロゲン化物を生成するものであれば問題なく使用できる。精製は上記式(5)の化合物と同様の手法で行うことができる。   In addition to thionyl chloride, the reagent used for the above condensation reaction can be used as long as it generally produces a carboxylic acid halide, such as phosphorus pentachloride, phosphorus oxychloride, phosphorus tribromide, oxalyl chloride. Can be used. Purification can be performed in the same manner as the compound of the above formula (5).

上記の手順は、式(5)または(6)に示した化合物中のm、nが変わっても全く同様に行うことができる。ここで示した手順はm=3、n=2の場合である。さらにアミノ基を有するシラン化合物として3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン等を用いることによってシラン部位とホスホリルコリン基の間に2級アミンを挿入することも可能で、これについても上記と同様の手順で行うことができる。反応溶媒は特に限定されず、上述したメタノール以外にも水や、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール、N,N−ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシドなどの非プロトン性溶媒を用いることができる。ただし、反応中の有機シラン化合物の重合を防ぐためには脱水溶媒が好ましい。
また、式(5)または(6)中のメトキシ基(OCH3)がエトキシ基(OC25)である場合にはメタノールをエタノールに変えて反応を行い、Clの場合はジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシドに変更する。
さらには、Siと結合するメトキシ基またはエトキシ基またはClの内、2つまたは1つがメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれかで置換されている場合も上記の手法と全く同様に製造することができる。
The above procedure can be carried out in the same manner even if m and n in the compound represented by formula (5) or (6) are changed. The procedure shown here is for m = 3 and n = 2. Furthermore, by using 3- (2-aminoethylaminopropyl) trimethoxysilane or the like as the silane compound having an amino group, it is possible to insert a secondary amine between the silane moiety and the phosphorylcholine group. The same procedure can be used. The reaction solvent is not particularly limited, and water, alcohols such as ethanol, propanol and butanol, and aprotic solvents such as N, N-dimethylformamide and dimethyl sulfoxide can be used in addition to the above-described methanol. However, a dehydrated solvent is preferred in order to prevent polymerization of the organosilane compound during the reaction.
Further, when the methoxy group (OCH 3 ) in the formula (5) or (6) is an ethoxy group (OC 2 H 5 ), the reaction is carried out by changing methanol to ethanol, and in the case of Cl, dimethylformamide or dimethyl Change to sulfoxide.
Further, when two or one of methoxy group, ethoxy group or Cl bonded to Si is substituted with any of methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and isobutyl group, It can be manufactured in exactly the same way.

次に、上記化合物の精製方法について説明する。本発明の化合物の精製方法は以下に限るものではない。
得られた上記化合物のメタノール溶液を減圧濃縮し、残留物を蒸留水に溶解させる。この水溶液を試料とする。疎水性相互作用とカチオン交換能を有する高速液体クロマトグラフィー用カラムである、カプセルパックSCX UG80 S−5 (サイズ:4.6mmi.d.×250mm)(株式会社資生堂)をHPLC装置に接続し、0.2mmol/Lのリン酸緩衝液(pH3.5)を1mL/分の流速で流して平衡化させたのちに、試料を10μL注入する。検出器として示差屈折計を用いることでクロマトグラムを得られ、目的とする化合物を単離することができる。
Next, the purification method of the said compound is demonstrated. The method for purifying the compound of the present invention is not limited to the following.
The obtained methanol solution of the above compound is concentrated under reduced pressure, and the residue is dissolved in distilled water. This aqueous solution is used as a sample. Capsule pack SCX UG80 S-5 (size: 4.6 mm.d. × 250 mm) (Shiseido Co., Ltd.), which is a column for high performance liquid chromatography having hydrophobic interaction and cation exchange ability, was connected to an HPLC apparatus. After equilibration by flowing 0.2 mmol / L phosphate buffer (pH 3.5) at a flow rate of 1 mL / min, 10 μL of sample is injected. By using a differential refractometer as a detector, a chromatogram can be obtained and the target compound can be isolated.

上記式(5)および(6)の化合物は、各種物質の表面改質剤として有用である。すなわち、物質表面に容易に希望する量のホスホリルコリン基を導入して改質するものである。具体的には、水酸基を表面に有している物質の場合、その物質表面の水酸基と式(5)および(6)の化合物のSi−OCH3から脱水反応によって化学結合を形成させる。この化学反応はほとんどの有機溶媒中または水中で、10℃から250℃の温度範囲で極めて容易に定量的に進行する。この反応によって化学的、物理的に極めて安定なホスホリルコリン基による表面改質を施すことができる。 The compounds of the above formulas (5) and (6) are useful as surface modifiers for various substances. That is, a desired amount of phosphorylcholine group is easily introduced into the surface of the substance for modification. Specifically, in the case of a substance having a hydroxyl group on its surface, a chemical bond is formed by a dehydration reaction from the hydroxyl group on the substance surface and Si—OCH 3 of the compounds of formulas (5) and (6). This chemical reaction proceeds very easily and quantitatively in most organic solvents or water in the temperature range of 10 ° C to 250 ° C. By this reaction, surface modification with a chemically and physically extremely stable phosphorylcholine group can be performed.

「金属酸化物又はシリカの蒸着方法」
素材表面に対する金属酸化物又はシリカの蒸着方法としては、一般的な方法を用いることができる。真空蒸着、スパッタリング、熱CVD、光CVD、プラズマCVD、反応性蒸着等が好適に利用できる。
金属酸化物として、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム等を用いることができる。これらは単独でも、2種以上を混合しても良い。蒸着の厚みは特に限定されるものではなく、表面が満遍なく被覆されていれば良い。
"Metal oxide or silica deposition method"
A general method can be used as a method for depositing the metal oxide or silica on the surface of the material. Vacuum vapor deposition, sputtering, thermal CVD, photo CVD, plasma CVD, reactive vapor deposition and the like can be suitably used.
As the metal oxide, silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The thickness of the vapor deposition is not particularly limited as long as the surface is uniformly coated.

「アルコキシシラン化合物による処理方法」
素材表面を処理するアルコキシシラン化合物としては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシモノアルキルシラン、ジアルコキシジアルキルシランが好ましいが、これらに限定されるものではない。処理方法は特に限定されないが、一般的は手法として、素材をアルコキシシラン化合物を含有する溶液に素材を浸漬させるか或いは素材表面に上記溶液を塗布し、乾燥させて皮膜を形成させる。必要に応じて溶液に水或いはアルカリを添加しても良い。また、乾燥させる際に加熱を行っても良い。また、乾燥後、残存するアルコキシ基を水酸基に加水分解するため水処理を行っても良い。
本発明においては、素材表面の極性が比較的高いものから中程度のものはアルコキシシラン化合物による処理が好ましい。例えば、PMMA、ポリアミド、ナイロンなどはアルコキシシラン化合物により処理することが好ましい。
"Treatment with alkoxysilane compounds"
As the alkoxysilane compound for treating the surface of the material, tetraalkoxysilane, trialkoxymonoalkylsilane, and dialkoxydialkylsilane are preferable, but are not limited thereto. The treatment method is not particularly limited, but as a general method, the material is immersed in a solution containing an alkoxysilane compound, or the solution is applied to the surface of the material and dried to form a film. You may add water or an alkali to a solution as needed. Moreover, you may heat when making it dry. Further, after drying, water treatment may be performed in order to hydrolyze the remaining alkoxy groups into hydroxyl groups.
In the present invention, a material surface having a relatively high polarity to a medium polarity is preferably treated with an alkoxysilane compound. For example, PMMA, polyamide, nylon and the like are preferably treated with an alkoxysilane compound.

「ポリシラザンによる処理方法」
ポリシラザンによる処理方法は、ポリシラザン溶液中に、素材を浸漬又は上記溶液を素材表面に塗布、乾燥させるものであり、必要に応じて加熱や水処理を行っても良い。
本発明においては、素材表面の極性が中程度のものから比較的低いものはポリシラザンによる処理が好ましい。例えば、アルキルシリコーン、テフロン(登録商標)などはポリシラザンによる処理することが好ましい。
"Processing with polysilazane"
The treatment method with polysilazane involves immersing the material in a polysilazane solution or applying the solution to the surface of the material and drying it, and heating or water treatment may be performed as necessary.
In the present invention, a material having a medium to relatively low polarity on the material surface is preferably treated with polysilazane. For example, alkyl silicone, Teflon (registered trademark) and the like are preferably treated with polysilazane.

「ホスホリルコリン基含有化合物による処理」
金属酸化物若しくはシリカの蒸着、又は、アルコキシシラン化合物若しくはポリシラザン処理を行った素材に対する、上記式(1){(5)、(6)}による処理方法は特に限定されるものではない。一般的な方法として、(5)又は(6)の溶液を素材に塗布、又は、該溶液に素材を浸漬し、乾燥させることで達成できる。必要に応じて、該溶液に、水又は酸又はアルカリを添加したり、処理時間を延長したり、加熱することも可能である。また、素材の有機溶媒に対する耐久性に応じて、溶媒を適宜選択できる。処理方法は特開2005−187456号公報に詳しく記載されている。
“Treatment with phosphorylcholine group-containing compounds”
The treatment method according to the above formula (1) {(5), (6)} is not particularly limited with respect to a material subjected to metal oxide or silica vapor deposition, or an alkoxysilane compound or polysilazane treatment. As a general method, it can be achieved by applying the solution (5) or (6) to the material, or immersing the material in the solution and drying it. If necessary, water, acid or alkali can be added to the solution, the treatment time can be extended, or the solution can be heated. Further, the solvent can be appropriately selected according to the durability of the material to the organic solvent. The processing method is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-187456.

本発明の表面処理方法によって改質された各種素材は、生体適合性及び親水性に優れた材料及び成形品となる。そして、ホスホリルコリン基を素材表面に直接的に強固な共有結合により有する材料として、化粧料、医用材料(人工臓器、手術用器具等)、クロマト用充填剤、塗料等の分野において、蛋白の吸着が問題となる用途や、生体適合性が必要とされる幅広い用途に応用可能である。   The various materials modified by the surface treatment method of the present invention are materials and molded articles excellent in biocompatibility and hydrophilicity. As a material having a phosphorylcholine group directly and strongly covalently bonded to the material surface, protein adsorption is possible in the fields of cosmetics, medical materials (artificial organs, surgical instruments, etc.), chromatographic fillers, paints, etc. The present invention can be applied to a wide range of uses that require problems and biocompatibility.

次に本発明を実施例に基づきさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited to these examples.

「合成例1:式(A)の化合物の製造(ホスホリルコリン基を含有するアミン型シランカップラーの製造)」
L−α−グリセロホスホリルコリン(450mg)を蒸留水15mlに溶解し、氷水浴中で冷却した。過ヨウ素酸ナトリウム(750mg)を添加し、5時間攪拌した。反応液を減圧濃縮、減圧乾燥し、メタノールにより化学式(5)に示す目的物を抽出した。続いて上記のメタノール溶液に3−アミノプロピルトリメトキシシラン(300mg)を添加後、室温で5時間撹拌したのち、氷冷し、シアノヒドロホウ素化ナトリウム(100mg)を添加し、室温に戻して16時間撹拌する。この間も反応容器には乾燥窒素を流し続ける。沈殿をろ過した後、式(A)のメタノール溶液を得る。
図1に、式(A)の化合物の1H−NMRデータを示す。
“Synthesis Example 1: Production of Compound of Formula (A) (Production of Amine-Type Silane Coupler Containing Phosphorylcholine Group)”
L-α-glycerophosphorylcholine (450 mg) was dissolved in 15 ml of distilled water and cooled in an ice-water bath. Sodium periodate (750 mg) was added and stirred for 5 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure and dried under reduced pressure, and the target product represented by chemical formula (5) was extracted with methanol. Subsequently, 3-aminopropyltrimethoxysilane (300 mg) was added to the above methanol solution, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours, then cooled with ice, sodium cyanohydroborate (100 mg) was added, and the temperature was returned to room temperature. Stir for hours. During this time, dry nitrogen is continuously supplied to the reaction vessel. After filtering the precipitate, a methanol solution of formula (A) is obtained.
FIG. 1 shows 1 H-NMR data of the compound of the formula (A).

「合成例2:式(B)の化合物の製造(ホスホリルコリン基を有するアミド型シランカップラーの製造)」
1−α―グリセロホスホリルコリン5gを水70ml−アセトニトリル30mlに溶解した。氷冷下、過ヨウ素酸ナトリウム17gと三塩化ルテニウム80mgを添加し、一晩攪拌した。沈殿物をろ過し、減圧濃縮、メタノール抽出により化学式(6)に示す目的とするカルボキシメチルホスホリルコリンを得た。続いてアセトニトリルに式(6)の化合物及び塩化チオニル3gを氷冷下で添加、30分間攪拌し、3−アミノプロピルトリメトキシシラン3.8gを添加、反応容器には乾燥窒素を流し続け、3時間室温で攪拌して、目的とする式(B)の化合物を得る。
図2に、式(B)の化合物の1H−NMRデータを示す。
“Synthesis Example 2: Production of Compound of Formula (B) (Production of Amide Type Silane Coupler Having Phosphorylcholine Group)”
5 g of 1-α-glycerophosphorylcholine was dissolved in 70 ml of water-30 ml of acetonitrile. Under ice cooling, 17 g of sodium periodate and 80 mg of ruthenium trichloride were added and stirred overnight. The precipitate was filtered, concentrated under reduced pressure, and extracted with methanol to obtain the desired carboxymethyl phosphorylcholine represented by chemical formula (6). Subsequently, the compound of formula (6) and 3 g of thionyl chloride were added to acetonitrile under ice-cooling, stirred for 30 minutes, 3.8 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane was added, and dry nitrogen was continuously passed through the reaction vessel. Stir for an hour at room temperature to obtain the desired compound of formula (B).
FIG. 2 shows 1 H-NMR data of the compound of the formula (B).

「実施例1:PETフィルムの式(A)の化合物による処理」
1cmx1cmのPETフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PETフィルムを得た。
"Example 1: Treatment of PET film with compound of formula (A)"
Silicon oxide was deposited on the surface of a 1 cm × 1 cm PET film by vacuum deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of a methanol solution containing the compound of Synthesis Example 1 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PET film.

「実施例2:PETフィルムの式(B)の化合物による処理」
1cmx1cmのPETフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PETフィルムを得た。
"Example 2: Treatment of PET film with compound of formula (B)"
Silicon oxide was deposited on the surface of a 1 cm × 1 cm PET film by vacuum deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PET film.

「実施例3:ポリカーボネートフィルムの式(A)の化合物による処理」
1cmx1cmのポリカーボネートフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ポリカーボネートフィルムを得た。
"Example 3: Treatment of polycarbonate film with compound of formula (A)"
Silicon oxide was deposited on the surface of a 1 cm × 1 cm polycarbonate film by a vacuum deposition method. Subsequently, it was immersed in 5 ml of a methanol solution containing the compound of Synthesis Example 1 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated polycarbonate film.

「実施例4:ポリカーボネートフィルムの式(B)の化合物による処理」
1cmx1cmのポリカーボネートフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ポリカーボネートフィルムを得た。
"Example 4: Treatment of polycarbonate film with compound of formula (B)"
Silicon oxide was deposited on the surface of a 1 cm × 1 cm polycarbonate film by a vacuum deposition method. Subsequently, it was immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated polycarbonate film.

「実施例5:PMMAフィルムの式(A)の化合物による処理」
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
"Example 5: Treatment of PMMA film with compound of formula (A)"
Silicon oxide was deposited on the surface of 1 cm × 1 cm PMMA film by vacuum deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of a methanol solution containing the compound of Synthesis Example 1 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PMMA film.

「実施例6:PMMAフィルムの式(B)の化合物による処理」
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
"Example 6: Treatment of PMMA film with compound of formula (B)"
Silicon oxide was deposited on the surface of 1 cm × 1 cm PMMA film by vacuum deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PMMA film.

「実施例7:PMMAフィルムの式(A)の化合物による処理」
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、プラズマPVD蒸着法により酸化チタンを蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
"Example 7: Treatment of PMMA film with compound of formula (A)"
Titanium oxide was deposited on the surface of 1 cm × 1 cm PMMA film by plasma PVD deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of a methanol solution containing the compound of Synthesis Example 1 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PMMA film.

「実施例8:PMMAフィルムの式(B)の化合物による処理」
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、プラズマPVD蒸着法により酸化亜鉛を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
"Example 8: Treatment of PMMA film with compound of formula (B)"
Zinc oxide was deposited on the surface of 1 cm × 1 cm PMMA film by plasma PVD deposition. Subsequently, it was immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated PMMA film.

「実施例9:ナイロン粒子の式(A)の化合物による処理」
平均粒子径100μmのナイロン粒子10gに、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液20mlに添加し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ナイロン粒子を得た。
"Example 9: Treatment of nylon particles with compound of formula (A)"
Silicon oxide was deposited on 10 g of nylon particles having an average particle diameter of 100 μm by a vacuum deposition method. Subsequently, 20 ml of a methanol solution containing the compound of Synthesis Example 1 at a concentration of 1 mmol was added, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain treated nylon particles.

「実施例10:ステンレスの式(B)の化合物による処理」
1cmx1cmのステンレス鋼板表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5ml中に浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ステンレス鋼板を得た。
"Example 10: Treatment of stainless steel with compound of formula (B)"
Silicon oxide was deposited on the surface of a 1 cm × 1 cm stainless steel plate by a vacuum deposition method. Subsequently, it was immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, and washed with water to obtain a treated stainless steel plate.

「実施例11:PMMAフィルムのテトラブトキシシランを用いた処理」
1cmx1cmのPMMAフィルム上にテトラブトキシシラン0.1ml及び水0.01mlとエタノール0.01mlを混合したものを塗布し、60℃で3時間加熱した。フィルムを水−エタノール混合液に1時間浸漬させた後、更に水に1時間浸漬させ、合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5ml中に浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
"Example 11: Treatment of PMMA film with tetrabutoxysilane"
On a 1 cm × 1 cm PMMA film, a mixture of 0.1 ml of tetrabutoxysilane, 0.01 ml of water and 0.01 ml of ethanol was applied and heated at 60 ° C. for 3 hours. The film was immersed in a water-ethanol mixed solution for 1 hour, further immersed in water for 1 hour, immersed in 5 ml of an acetonitrile solution containing the compound of Synthesis Example 2 at a concentration of 1 mmol, heated at 60 ° C. for 1 hour, Washed with water to obtain a treated PMMA film.

「リン定量分析によるホスホリルコリン基の導入結果」
上記で行った本発明の表面処理方法により導入されたホスホリルコリン基は、過塩素酸を用いた前処理を行った後、モリブデンブルー法によるリンの定量分析により定量した(参考文献:実験化学講座(14)第4版分析, 3.8.2リン 丸善)。結果を「表1」に示す。いずれの実施例においても、ホスホリスコリン基が効率良く各種素材の表面に導入されていることが確認された。

"Results of introduction of phosphorylcholine group by quantitative phosphorus analysis"
The phosphorylcholine group introduced by the surface treatment method of the present invention performed as described above was quantified by a quantitative analysis of phosphorus by the molybdenum blue method after pretreatment with perchloric acid (Reference: Experimental Chemistry Course ( 14) Fourth edition analysis, 3.8.2 Rin Maruzen). The results are shown in “Table 1”. In any of the examples, it was confirmed that phosphorischoline groups were efficiently introduced on the surfaces of various materials.

Figure 0005013575
Figure 0005013575

「蛋白質非特異吸着試験結果」
ウシ血清アルブミン及び卵黄リゾチームの非特異吸着量をマイクロBCA法により定量した。比較例1として未処理PET、比較例2として未処理ポリカーボネート、比較例3として未処理PMMA、比較例4として未処理ステンレスを評価した。結果を「表2」に示す。いずれの実施例においても、ホスホリルコリン基を導入した素材表面に対する蛋白質の吸着は大幅に抑制された。
"Non-specific protein adsorption test results"
The non-specific adsorption amount of bovine serum albumin and egg yolk lysozyme was quantified by micro BCA method. Untreated PET was evaluated as Comparative Example 1, untreated polycarbonate as Comparative Example 2, untreated PMMA as Comparative Example 3, and untreated stainless steel as Comparative Example 4. The results are shown in “Table 2”. In any of the examples, the adsorption of the protein to the surface of the material into which the phosphorylcholine group was introduced was greatly suppressed.

Figure 0005013575
Figure 0005013575

シランカップラーによる表面処理が有効な素材は、金属酸化物や一部の金属に限定されている。そして、反応効率は金属種により異なる。また、樹脂のように、必ずしも、シランカップラーと反応する足場がない素材も存在する。本発明は、従来のシランカップラーを用いた表面処理が困難であった任意の素材に対して、特定のホスホリルコリン基含有シランカップラーと反応させることにより、該ホスホリルコリン基を極めて効率良く、簡便に導入する方法を提供するものである。   Materials that are effective for surface treatment with a silane coupler are limited to metal oxides and some metals. And reaction efficiency changes with metal seed | species. There are also materials that do not necessarily have a scaffold that reacts with the silane coupler, such as a resin. The present invention introduces the phosphorylcholine group very efficiently and easily by reacting with a specific phosphorylcholine group-containing silane coupler on any material that has been difficult to surface-treat using a conventional silane coupler. A method is provided.

本発明の表面処理方法によれば、通常はシランカップラーによる表面処理が困難である各種物体の表面を、極めて簡便な反応によって、希望する任意の量のホスホリルコリン基を素材表面に導入することが可能である。すなわち、素材の材質、形状を問わず、表面改質が可能である。その結果、ホスホリルコリン基により、タンパク質吸着抑制等の希望する各種機能を有する樹脂、改質粉体、金属、セラミックス、繊維を容易に製造できる。
すなわち、各種素材に、タンパク質やポリペプチドの吸着が極めて少ないホスホリルコリン基を、簡便かつ定量的に、高い耐久性をもって導入することができる。また、ホスホリルコリン基以外の未反応官能基が導入されることも無いために、極めて生体適合性の高い素材を提供することが可能である。また、表面への蛋白吸着も少ないことから、医療材料、分析装置、診断・分析用粒子、化粧料などに応用可能である。
According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to introduce any desired amount of phosphorylcholine groups to the surface of a material by a very simple reaction on the surface of various objects that are usually difficult to treat with a silane coupler. It is. That is, surface modification is possible regardless of the material and shape of the material. As a result, resins, modified powders, metals, ceramics and fibers having various desired functions such as protein adsorption suppression can be easily produced by phosphorylcholine groups.
That is, a phosphorylcholine group with very little protein or polypeptide adsorption can be introduced into various materials simply and quantitatively with high durability. Further, since an unreacted functional group other than the phosphorylcholine group is not introduced, it is possible to provide a material with extremely high biocompatibility. Moreover, since there is little protein adsorption to the surface, it can be applied to medical materials, analyzers, diagnostic / analytical particles, cosmetics and the like.

式(A)の化合物の1H−NMRスペクトルである。 1 is a 1 H-NMR spectrum of a compound of formula (A). 式(B)の化合物の1H−NMRスペクトルである。 1 is a 1 H-NMR spectrum of a compound of formula (B).

Claims (6)

素材表面をトリアルコキシモノアルキルシラン又はジアルコキシジアルキルシランにより処理してシラノール基を導入した後、下記式(1)で示されるホスホリルコリン基含有化合物により処理を行う素材の表面処理方法。
Figure 0005013575
(1)
式中、mは2〜6、nは1〜4である。
1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)
式(2)〜(4)中、Lは1〜6、Pは0〜3を表す。
A surface treatment method for a material, wherein the surface of the material is treated with trialkoxymonoalkylsilane or dialkoxydialkylsilane to introduce a silanol group, and then treated with a phosphorylcholine group-containing compound represented by the following formula (1).
Figure 0005013575
(1)
In the formula, m is 2 to 6, and n is 1 to 4.
X 1 , X 2 and X 3 are each independently a methoxy group, an ethoxy group or a halogen. However, up to two of X 1 , X 2 , and X 3 may be any of methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, and isobutyl group.
R is any of the structures in the following formulas (2) to (4) (however, in the structures of the following formulas (2) to (4), the compound of the formula (1) is represented by A—R—B).
Figure 0005013575
(2)
Figure 0005013575
(3)
Figure 0005013575
(4)
In formulas (2) to (4), L represents 1 to 6, and P represents 0 to 3.
請求項1記載の表面処理方法により処理された樹脂素材。   A resin material treated by the surface treatment method according to claim 1. 請求項1記載の表面処理方法により処理された改質粉体。   A modified powder treated by the surface treatment method according to claim 1. 請求項1記載の表面処理方法により処理された金属素材。   A metal material treated by the surface treatment method according to claim 1. 請求項1記載の表面処理方法により処理されたセラミックス素材。   A ceramic material treated by the surface treatment method according to claim 1. 請求項1記載の表面処理方法により処理された繊維素材。   A fiber material treated by the surface treatment method according to claim 1.
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