JP5102197B2 - ポリマー表面への材料の移動 - Google Patents

Description

本出願は、ポリマー物品の表面、及び、製造された複数のポリマー物品に、材料を塗布する方法に関する。

ある種の実施形態では、本発明は、感熱性材料を損傷させるか又はこれに少なくとも悪影響を及ぼすのに十分な温度に加熱したポリマーから製造したポリマー物品の表面に上記感熱性材料を塗布すると同時に、上記感熱性材料を完全な状態で維持する方法を提供する。

ある種の実施形態では、本発明は、大量生産品となり得るポリマー物品の型押し加工された表面の所定領域に材料を塗布する方法を提供する。

ポリマー物品の大量生産に使用される典型的な方法は、射出成形及びカレンダー加工であり、後者の方法は、しばしば押出成形と併用される。

射出成形は、適当なポリマーを溶融するまで加熱し、溶融ポリマーを金型内に注入し、溶融ポリマーを冷却固化させ、成形品を金型から取り出すことによって実施される。この方法は、自動化が可能法であり、その結果、同一製品を高速で連続生産するために使用することができる。使用される金型は、ポリマーの固化速度を上げるために、冷却手段を備えていてもよい。取り外し可能なシムは、金型に組み込んでもよく、また、このシムは、成形工程中にポリマー物品に移される表面構造及び／又は型押しされた部分を有していてもよい。あるいは、このような構造が金型上に存在していてもよい。

カレンダー加工は、ポリマーシートを製造するために使用される方法である。ペレット状の適当なポリマーは加熱され、ポリマーシートが所望の寸法に至るまで、一連の加熱ローラーを強制的に通過させられる。次いで、このシートを冷却ローラーに通して、ポリマーを冷却固化させる。しばしば、この工程中に型押しをポリマーシートに施すか、又は、帯状の布地をポリマーシートの裏面中にプレスし、この両者を融着させる。

カレンダー加工法は、押出成形と併用してもよい。すなわち、押出されたポリマー成形物は、要求された寸法が得られるまで、上述したようにカレンダーの加熱ローラーに通し、次いで冷却ローラーに通すことにより、ポリマー成形物を固化させてもよい。

バイオテクノロジーへの適用においては、試料の相互汚染の可能性を低減させるために、試験用物品（例：マルチウェルプレート）の所定領域に機能性被膜を塗布することが望ましい。多くのこのような物品は１回しか使用できないので、このような物品を低コストで製造する方法は、特に望ましい。機能性被膜は、関心のある試薬に対して、あるいは生物学的マーカー又は抗体もしくはその適当なフラグメントなどの結合剤に対して表面の所定領域の親和性を高める被膜となり得ると予想される。また、このような生体分子は、機能性被膜としてポリマー物品に直接塗布してもよい。

複数の流体を混合して反応させ、次いで観測する微量全分析システムの一例である微小流路は、流路をポリマー表面中に成形することによって大量生産することができる。上記システムの状態に作用し、これを観測する能力を導入する１つの方法は、ポリマー表面上に電子回路を集積させることであり、これを外部の電子回路に接続することができる。ポリマー型流路の製造プロセス中に、これらの集積電子回路を製造する手段を導入することが望ましい。

溶融ポリマーの注入中における射出成形装置の金型温度をモデリングした結果、溶融ポリマーは、金型と溶融ポリマーとの接触時間１μｓ以内で約３００℃から金型温度より５〜１０℃高い温度に冷却することが、出願人によって見出された。従って、金型表面又はポリマー成形装置の他の冷却された加工面に感熱性材料を塗布し、ポリマー物品の表面にその感熱性材料を損傷なく移動する可能性が高まっている。

従って、第１の態様では、本発明は、少なくとも１つの感熱性材料を、少なくとも１つの上記感熱性材料に悪影響を及ぼすのに十分な温度の加熱ポリマーから成形されたポリマー物品の表面の少なくとも一部上に設ける方法であって、
平滑な表面又は少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する加工面を用意し、
上記少なくとも１つの感熱性材料に悪影響を及ぼさない温度の上記加工面の少なくとも一部に、上記感熱性材料を塗布し、
上記加熱ポリマーを上記加工面に接触させ、
上記加工面の表面形状によって上記加熱ポリマーを成形し、
上記少なくとも１つの感熱性材料を上記加工面からポリマー表面に移し、そして、少なくとも１つの上記感熱性材料が、上記加熱ポリマーとの接触時又は接触後の熱によって実質的に悪影響を受けないように、上記加工面の温度を十分低く維持する
工程を含む方法を提供する。

少なくとも１つの感熱性材料は、加熱ポリマーとの接触により劣化又は変性するのが３０％以下、例えば劣化又は変性するのが２０％以下、あるいは劣化又は変性するのが１０％以下であるような温度に維持する。少なくとも１つの感熱性材料は、加熱ポリマーにより検出可能に劣化又は変性しないことが好ましい。少なくとも１つの感熱性材料は、選択的結合性を有することが好ましい。少なくとも１つの感熱性材料の選択的結合親和性は、加熱ポリマーとの接触後、維持されることが好ましい。

本発明の好ましい実施によれば、ポリマー物品は、射出成形によって成形し、前記加工面は、金型内部の表面を形成する。あるいは、圧縮成形又はカレンダー加工などの別の成形法を使用する。射出成形法又はカレンダー加工法で通常使用されるポリマーの溶融温度は、一般に１００℃〜２５０℃である。従って、射出成形の場合に適切な溶融温度は、３００℃以下、例えば２５０℃であってよい。カレンダー加工により成形するための適切な溶融温度は、３００℃以下、例えば２５０℃であってよい。

加工面を冷却する冷却手段は、上記加工面の温度を３０℃以下に維持することが好ましい。これは、例えば、金型内の冷却液路に通す冷却液又はカレンダー加工ローラーの冷却であってもよい。

少なくとも１つの感熱性材料は、コンタクトプリントにより加工面に塗布することが好ましく、こうするために、コンタクトプリントでは、平滑であるか又は少なくとも部分的に型押し加工したスタンプを使用してもよい。このようなスタンプ用に好ましい材料には、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が挙げられる。スタンプは、平滑なスタンプ面を有してもよく、又は規則的もしくは不規則的な凹凸領域のパターンで型押し加工されていてもよい。このような型押しは、幅などの少なくとも１つの相対的に小さい寸法を有する構造を含むことが好ましい。例えば、このような寸法は、１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１０μｍ未満、例えば、１μｍ未満、可能な限り１００ｎｍ未満であってもよい。このような特徴的要件は、線もしくは点、網状構造、島、線で結ばれた島、又はこれらの混合構造を形成し得る。突出した特徴的要件間の間隔は、１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１０μｍ未満、例えば、１μｍ未満、可能な限り１００ｎｍ未満であってもよい。

場合によっては、少なくとも１つの感熱性材料を、少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する加工面に、型押し加工した上記表面の少なくとも一部の凸部のみを上記感熱性材料で被覆するように塗布する。

第１の感熱性材料は、加工面全体に塗布してもよい。第１の感熱性材料は、加工面を感熱性材料の溶液に浸漬することによって塗布してもよい。第１の感熱性材料を塗布した後、第１の感熱性材料の少なくとも一部は、第１の感熱性材料の上記部をスタンプと接触させることにより、加工面から適切に取り除くことができる。スタンプは、材料を選択的に塗布するために、本明細書に記載したスタンプに類似のものであってもよい。

加工面は、少なくとも部分的に型押し加工することができ、第１の感熱性材料の少なくとも一部は、型押し加工した上記加工面の少なくともいくつかの凸部から取り除くことができる。

加工面の型押し加工は、スタンプと関連して上記した通りであってよい。しかるべく、加工面は、規則的もしくは不規則的な凹凸領域のパターンで型押し加工してもよい。このような型押しは、幅などの少なくとも１つの相対的に小さい寸法を有する構造を含むことが好ましい。例えば、このような寸法は、１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１０μｍ未満、例えば、１μｍ未満、可能な限り１００ｎｍ未満であってもよい。特徴的要件の最高地点と最低地点の距離によって規定し得るこのような特徴的要件の高さは、例えば１μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ未満、より好ましくは２５０ｎｍ未満、例えば２２０ｎｍ未満、可能な限り１００ｎｍ未満であってもよい。このような特徴的要件は、線もしくは点、網状構造、島、線で結ばれた島、又はこれらの混合構造を形成してもよい。

少なくとも１つの第２の感熱性材料は、第１の感熱性材料が取り除かれた加工面の各部分の少なくともいくつかに塗布してもよい。

加工面を少なくとも部分的に型押し加工し、上記加工面の型押し加工した各部分の少なくともいくつかの凸部を被覆するために、上記加工面の親水性を改変する材料を塗布し、感熱性材料が、上記加工面の少なくとも一部に施され、相容性の高い親水性を有する上記加工面の凸部に選択的に接着する方法が挙げられる。

少なくとも１つの感熱性材料は、例えば、蛋白質、多糖、糖蛋白質、プロテオグリカン、リポ蛋白質、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、オリゴペプチド、オリゴヌクレオチドからなる群から選択されてもよいし、又は抗体もしくはその結合フラグメントか、又はポリリジンなどの細胞接着促進試薬であってもよい少なくとも１つの生体分子であることが好ましい。

生体分子には、フィブリノゲン、フィブリン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、蛋白質のコラーゲン類のメンバー、アルブミン、補体因子、又は血小板などの、哺乳動物の細胞外基質の成分又は血液、間質液、もしくは他の体液の成分が挙げられる。

あるいは、少なくとも１つの生体分子には、インテグリン類のメンバー、リポ多糖類のメンバー、黄色ブドウ球菌のプロテインＡ及びプロテインＧとこれらの誘導体からなる群から選択されてもよい、哺乳動物、植物、細菌、又は菌類の細胞壁の成分が挙げられる。

第２の態様では、本発明は、加熱ポリマーから成形されたポリマー物品の表面の少なくとも一部上に少なくとも１つの材料を設ける方法であって、
少なくとも部分的に型押し加工した加工面を用意し、
コンタクトプリントによって上記加工面の凸部に上記少なくとも１つの材料を選択的に塗布し、
上記加熱ポリマーを上記加工面と接触させ、
上記加工面の表面形状によって上記加熱ポリマーを成形し、
上記加工面と上記加熱ポリマーとが接触させながら、上記少なくとも１つの材料を上記加工面から上記ポリマー物品の表面に移す
工程を含む方法を提供する。

本発明の第１の態様に関連する上記特徴的要件の全ては、これらの特徴的要件がこの第２の態様に不適合でない限りにおいても第２の態様に関して使用してもよい。従って、この場合も、射出成形、圧縮成形、及びカレンダー加工を使用してもよい。

表面形状複写効果は、溶融ポリマーを金型中に注入する速度を変化させること、又は加工部分の表面の熱輸送特性を空間選択的に変化させることなどの、複製加工のパラメーターを選択することによって調節することができる。加工部分の微視的表面形状は、巨視的表面形状から細部で様々に複製することができる。

少なくとも１つの材料は、パラジウムコロイドなどの触媒活性物質を含んでいてもよい。このような触媒活性物質は、導電路又は導電性の島の無電解メッキに好適となり得る。

加工面の温度を成形するポリマーの温度より大幅に低く、例えば１００℃以下、例えば３０℃以下に維持するために、加工面に作用する冷却手段を設けることが好ましい。

少なくとも１つの材料は、本発明の第１の態様に関連する上記のコンタクトプリントによって加工面に塗布することが好ましい。

好ましい方法では、少なくとも１つの材料が触媒活性物質を含み、また、上記方法は、ポリマー物品上の上記触媒活性物質を少なくとも１つの試薬に曝して、上記触媒活性物質が反応に触媒作用を及ぼすことを更に含んでいる。少なくとも１つの試薬は、溶液であることが好ましい。上記触媒活性物質は、パラジウムコロイドであってもよい。

場合によっては、試薬の溶液は、パラジウムコロイドに曝されると、不溶生成物を空間選択的に析出させる。不溶生成物は、加工面の凸部と接触することにより成形されるポリマー物品の表面の凹んだ領域内に含有され、上記不溶生成物は、上記ポリマー物品の表面の周囲の領域から凹んでいないようなものであってもよい。

試薬の溶液は、銅などの触媒作用で分解されて、不溶の金属生成物を形成する無機錯体を含んでいてもよい。

触媒活性物質と少なくとも１つの試薬は、相互作用して、局所領域中で制御した量の生成物を発生させる。このような生成物は、有毒であるか、腐食性があるか、又はそうでない場合でも潜在的に有害である場合がある。

本発明の第１の態様と関連する場合、ポリマーに施される材料は、少なくとも１つの生体分子であってもよく、このような生体分子と関連する上記の全ての記述は、第２の態様にも適用される。しかしながら、少なくとも１つの材料はまた、非生体分子がポリ（エチレングリコール）、ポリアクリルアミド、及びフッ素化ポリマーからなる群から選択されるような、非生物由来であるが生物活性的性質を示す分子であってもよい。

本発明を、図及び実施例を参照してより詳細に説明する。

本発明の実施形態に記載のコンタクトプリント−射出成形手順の概要を、図１に示す。

ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又は他の好適な材料から作製し、所望の表面構造を有する柔軟性スタンプを調製する。例えば、スタンプの材料を、ＵＶリソグラフィーを使用して表面をパターン形成したシリコンマスターの周囲に成形することができる。また、構造化されていない平坦スタンプを、シリコンマスターの代わりにペトリ皿などの便利な平坦面を使用して成形することができる。スタンプは、所望の形状に硬化させた後マスターから剥離し、例えばカミソリ刃で、必要なサイズに切断される。

次いで、柔軟性スタンプの表面を、移すための所望の材料で被覆する。構造化したスタンプの場合、スタンプの構造化した面を、所望材料の溶液中に浸漬させる。例えば、スタンプを、材料をスタンプに移すのに十分な時間、通常１０〜３０分間、溶液中に放置し、その後水で洗浄して空気流中で乾燥させる。平坦スタンプの場合、所望材料の溶液の適当なサイズの滴を、スタンプの面に垂らし、材料をスタンプに移すのに十分な時間、通常１０〜３０分間、そこに滞留させておく。次いで、水を加え、スタンプを、例えば２５００ｒｐｍで回転させることによってスタンプを洗浄し乾燥させる。

スタンプはまず、図１Ａに示すように、所望の転写材料で被覆され、図１Ｂに示すように、シムと接触させる準備の状態に置かれる。

シムは、型押し加工されているか又は平坦であってもよく、金型の取り外し可能部分又は常設部分を形成してもよい。シム及び／又は金型は、表面型押しに加え、表面の巨視的構造を更に有していてもよい。例えば、シム及び／又は金型を成形して、ウェルの底が平滑であるか又は型押し加工されているマルチウェルプレートをポリマーから成形してもよい。この例では、ウェルを成形する形は巨視的構造であり、シムの型押しは、ウェルの底の型押しを成形し、微視的構造と呼ばれる。

転写材料を載せたスタンプの面と、シムの面とを、スタンプからシムに材料を移すのに十分な時間、通常１分間、接触させる。構造化したスタンプを使用する場合、構造の凸部のみから材料を移す。型押し加工したシムを使用する場合、スタンプと接触するシムの凸部にのみ材料を移す。これを図１Ｄに示す。本発明で使用するスタンプ及びシムの組み合わせの例を図２に示す。例えば、図２Ａは、平坦シムと組み合わせる型押し加工したスタンプを示し、図２Ｂは、型押し加工したシムと組み合わせる平坦スタンプを示し、図２Ｃは、型押し加工したシムと組み合わせる型押し加工したスタンプを示している。

シムを所望材料で被覆する他の方法が考えられる。例えば、シムの全て又は一部の表面形状全体を、適当な時間シムを材料の溶液に浸漬し、次いで洗浄し乾燥させることにより、その材料で被覆することができる。シムの凹部は、上記のように表面全体を被覆し、次いで材料がシムより優位に接着する平坦な接着性表面をシムに塗布することによって被覆してもよい。これにより、接着性表面と接触するシムの凸部を被覆する材料が取り除かれる。このような接着性表面の例は、表面が酸素含有プラズマによって酸化されたＰＤＭＳスタンプである。このスタンプを、適当な時間、例えば１分間シムと接触させておく。次いで、例えば上記の構造化した又は平坦なスタンプを使用して、シムの凸部を第２の材料で被覆することが望ましい場合がある。これらの技術の組み合わせにより、複数の材料がシムに対して、表面の形状の異なる領域中及び異なる凸部に塗布することが考えられる。

一旦、材料の所望の組み合わせをシムに塗布した後、シムを金型中に挿入する。次いで、通常の射出成形法に従って溶融ポリマーを金型中に導入する。これを図１Ｅ及び図１Ｆに示す。また、金型の概略図を図３に示す。溶融ポリマーは、少なくともある程度、シムの形状をとる。

溶融ポリマーがシムの形状をとる程度を、溶融ポリマーを金型中に注入する速度を変化させることによって変えることができる。低い注入速度を使用して作製したポリマー物品では、シムの表面型押しの微視的複製が乏しいか又は認められず、一方、より高い注入速度では完全な複製が認められたことが認められた。いずれの場合も、巨視的複製は完全であった。微視的複製を変化させることは、例えば、機能性材料のパターンを各ウェルの底に有するがウェルの底面に型押しを有しないマルチウェルプレートを成形するために、望ましい場合がある。

溶融ポリマーを、冷却固化し終えるまで金型内に滞留させる。この時間は、約１分間以下でよい。固化した後、シムに材料を配置させるパターン及び表面形状に従って、シムからポリマー表面に材料を移した。ポリマー物品を金型から取り出し、ポリマー物品の表面に堆積した材料の検出が、適当な方法で行なわれる。

本発明は、射出成形以外のポリマー成形方法を使用することも含む。例えば、図４は、カレンダーに、好ましくは、加熱ローラーと冷却ローラーとの間に組み入れられる装置を示している。所望の材料を、中間にある転写ローラーによって加工ローラーの表面に移してもよい。転写ローラーＢを、同様の材料から上記柔軟性スタンプ用に使用される材料、例えばＰＤＭＳで作製してもよい。転写ローラーＢの表面を所望材料Ａの溶液中に浸漬し、次いで、転写ローラーＢの被覆された表面と加工ローラーＣとを接触させると、加工ローラーの表面に材料が移される。上記の射出成形用シムの場合について記載したように、加工ローラーと転写ローラーのいずれか又は双方の表面を型押し加工してもよく、材料の極めて様々なパターンを得ることができる。

本発明で使用する材料の例としては、生物由来又は非生物由来の生物活性分子であってもよい。多くの生物活性分子の生物活性は、高温に曝すことにより消失するので（例えば蛋白質は４０℃を超える温度で変性する）、加熱ポリマーと接触中、加工部分は３０℃以下の温度に維持しなければならない。このような化合物は、細胞接着を促進又は低減させるために使用してもよく、又は特定のアッセイ用に使用するウェル内にアッセイ成分として存在してもよい。

あるいは、ポリマー表面上の物質と反応せずに上記物質の滞留時間を増加又は減少させるポリマー被膜などの、ポリマーの表面特性を改変する化合物を使用してもよい。

触媒物質は、転写材料として使用して、ポリマー表面を所定領域内で更に機能化させるか（例：スズ及び／又はパラジウムのコロイド粒子によって触媒された金属の無電解析出法）、又は所望物質、例えば有毒物質を局所的に生成させてもよい。

導電性ポリマーを形成するために還元剤として使用するトルエンスルホン酸第二鉄の析出などのように、反応性物質を転写材料として使用して、表面を所定領域内で更に官能化させてもよい。

−射出成形する一般手順
射出成形は、交換可能なシムを有する水冷式金型を装備したＥｎｇｅｌ製２５トン機で実施した。シムの寸法は、３９ｍｍ×４４ｍｍ、厚さ３００μｍであった。シムは、高熱伝導性バックプレートによって支持した。使用したニッケル製シムは、平坦領域と、突出線からなる等間隔の格子を有する２５箇所の１ｍｍ×１ｍｍ領域とを含んでいた。線幅及び線間隔は、３．１μｍ〜１００ｎｍの範囲にあった。線は、シムの基底より２２０ｎｍ高くした。移される媒体を塗布した後、シムを金型内に取り付け、ポリマーを金型内に注入した。水冷は、最低温度に設定し、金型温度を２６℃にした後溶融ポリマーを注入した。金型温度は、バックプレートのサーミスタによって監視し、溶融ポリマーを注入中約３０℃まで上げた。６０秒の冷却時間の後、ポリマー物品を金型から取り出した。

−シムをコンタクトプリントする一般手順
シム上への材料のコンタクトプリントは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製の柔軟性スタンプを使用して実施した。ＰＤＭＳ製の平坦スタンプは、ＰＤＭＳのプレポリマー成分（Ｓｙｌｇａｒｄ １８４， Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｍｉｄｌａｎｄ， ＭＩ）をペトリ皿に流し込んで硬化させることによって作製した。構造化したＰＤＭＳ製スタンプは、フォトレジストで予めパターン形成したシリコンマスターにＰＤＭＳのプレポリマー成分を流し込んで硬化させることによって作製した。シリコンマスターは、ネガ型フォトレジスト（ＳＵ−８， ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ）をシリコンウエハー上にスピンコートし、次いでＵＶリソグラフィーを行うことによって作製した。硬化後、スタンプは、マスターから剥離し、カミソリ刃を用いて必要サイズに切断した。スタンプの表面化学的性質は、使用前に改変されなかった。

所望材料は、必要な材料の溶液中に１０〜３０分間浸漬させることによって、構造化したスタンプの表面上に吸着した。次いでスタンプは、ミリポア水中で濯ぎ、空気流中で乾燥させた。３００μｌの液滴をスタンプ上に１０〜３０分間滞留させ、次いでスピン開始時にミリポア水２ｍｌを加えて溶液を２５０ｒｐｍで振り落とすことにより洗浄し乾燥させることによって、平坦スタンプを被覆した。

洗浄及び乾燥後、スタンプをニッケル製シム上に注意深く置き、１分間放置した後取り除いた。

−加工面全体を蛋白質で被覆する手順
形状をもたらす表面を金型キャビティーの金属製インレー上に形成した。ニッケル製の金属製インレーをキャビティーから取り外し、材料の溶液中に浸漬させた。蛋白質、すなわちフィブロネクチン又はウシ血清アルブミンによる被覆は、それぞれの蛋白質をリン酸緩衝食塩水に溶かした１０μｇ／ｍｌの溶液中に３０分間浸漬し、次いで生じた被覆表面をリン酸緩衝食塩水中に３回浸漬することによって進行した。手順の最終段階は、アルゴン流中の表面乾燥を含んでいた。実施した他の実験の示唆するところでは、形状作製表面に移る蛋白質の量をわずかに削減するだけで、３０分のインキュベーション時間を１分にまで低減し得る。

−加工面の凸部から材料を選択的に取り除く手順
加工面を被覆する材料への平坦材料接着剤を、上記表面と接触させ、再度取り除いて、凸部を未被覆にしておく。一実施例では、加工面は、ニッケル製であり、浸漬析出法を使用してフィブロネクチンで被覆した。使用した平坦材料は、０．５ｍｂａｒの酸素プラズマ中で１分間前処理したポリ（ジメチルシロキサン）ゴムであった。平坦ゴム材料を、被覆表面と１分間接触させた。ゴム材料の剥離後、加工面の突出した領域上に検出し得たフィブロネクチンは、無視できる量であった。別の実施例では、加工面は、ニッケル製であり、１ｍｂａｒのトリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリクロロシランの気相で１時間変性させ、その後浸漬析出法を使用してフィブロネクチンで均一に被覆した表面であった。表面の突出した領域から蛋白質を取り除くために使用した平坦材料は、未処理のポリ（ジメチルシロキサン）ゴムであった。平坦ゴム材料を、加工面と１分間接触させておき、その後の表面の凸部上に検出し得たフィブロネクチンは無視できる量であった。

−加工面の異なる凸部に異種の媒体を塗布する手順
加工面、例えばニッケル製の加工面は、１つの材料の溶液、例えばリン酸緩衝食塩水に溶解したウシ血清アルブミン中に浸漬することによって均一に被覆する。平坦材料接着剤、例えば、酸素含有プラズマ中で酸化したポリ（ジメチルシロキサン）ゴムを、被覆表面と接触させ、１分間放置し、取り除く。次いで、例えば未処理のポリ（ジメチルシロキサン）上に被覆したフィブロネクチンを使用した、被覆された平坦スタンプでコンタクトプリントを使用することにより、未被覆の表面凸部に第２の材料を被覆する。

−微視的長さスケールで複写製能を調節する手順
複写能は、溶融ポリマーの注入速度を変化させることによって調節した。様々な形状表面の微視的パターンを採用した。構成の１つは、表面の直交する両寸法に沿って間隔３．１μｍ、３．１μｍ×３．１μｍ、高さ２００ｎｍの正方形からなる加工面を使用した。加工面はニッケル製であった。一連の実験では、ポリマーは、ガラス転移温度１４５℃を有するＤＶＤグレードのポリカーボネートであった。加工面の温度は９５℃であり、ポリマー溶融物は、温度３２０℃で金型キャビティー内に注入した。注入速度は、０．０５ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓで変化させた。最低速度では、生じたポリマー複製物には測定可能な微視的複製が示されず、凹凸領域の高度差は１ｎｍ未満と判定した。構造が完全に複製されるまで、注入速度が増加するにつれて徐々に改良される複写製能は、０．３ｍ／ｓを超える速度で見出された。一方、金型キャビティーの巨視的形状をポリマー物体へ完全に複製することは、検討した注入速度全ての場合で認められた。

−ＰＭＭＡへの蛍光標識ＩｇＧの移動
蛍光標識ＩｇＧの移動は、蛍光標識ＩｇＧ溶液（ダルベッコのリン酸緩衝食塩中水のＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５４６マギ抗マウスＩｇＧ（Ｈ＋Ｌ），（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ））２５〜５０μｇ／ｍｌを用いて被覆した平坦スタンプと、間隔１０μｍ、幅３．１μｍの直交線の格子でパターン形成したシムとを使用する一般手順に従って実施した。ＩｇＧをプリントしたシムを使用する射出成形を、一般手順に従って実施し、冷却時間６０秒間の後に複製物を金型から取り出した。蛍光ＣＬＳＭ顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ ＬＳＭ５ Ｐａｓｃａｌ共焦点レーザー走査型顕微鏡、５４３ ｎｍ励起線）を使用して、移動ＩｇＧの存在と位置を判定した。また、得られた顕微鏡写真を図５Ａに示す。この顕微鏡写真によれば、シムのプリントされた領域に相当するＩｇＧパターンを形成していることが明瞭に示されている。

−ＰＭＭＡへの蛍光標識ＩｇＧの移動
移動は、シム上の線が、幅３１０ｎｍ、１０μｍ間隔であることを除き、上記実施例７に関して実施した。得られた顕微鏡写真を図５Ｂに、表面のＡＦＭ像を図５Ｃに、及びＡＦＭ線プロファイルを図５Ｄに示す。この場合も、ポリマー表面上に形成したＩｇＧパターンが、シム上にプリントしたパターンに相当することがわかる。

−ポリスチレンへのフィブロネクチンの移動
フィブロネクチン溶液（ヒト血漿由来、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、ダルベッコのリン酸緩衝食塩水溶液）１００μｇ／ｍｌを用いて被覆した平坦スタンプと、１０μｍの間隔で幅１μｍの直交線の格子でパターン形成したシムとを使用する一般手順に従って、フィブロネクチンの移動を実施した。射出成形は、一般手順に関して実施し、６０秒後ポリマーを金型から取り出した。次いで、ポリマー表面は、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ；２０μｇ／ｍｌ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）で被覆し、一次抗体（マウスで産生されたモノクローナル抗フィブロネクチン抗体２５〜５０μｇ／ｍｌ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、次いで蛍光標識二次抗体（１０〜２０μｇ／ｍｌ Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５４６ヤギ抗マウスＩｇＧ（Ｈ＋Ｌ）、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）で染色した。移動した標識フィブロネクチンの蛍光ＣＬＳＭ顕微鏡写真を図６Ａに示す。この写真から、フィブロネクチンは、シム上にプリントしたパターンに従って移動し、その後、一次抗体に結合できることが示される。

−ポリスチレンへのフィブロネクチンの移動
使用したシムが、幅１００ｎｍ、間隔１０μｍの線の格子でパターン形成したことを除いて、実施例９と同様に、移動、成形、及び染色を実施した。ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図６Ｂに示す。この場合も、フィブロネクチンは、シムのパターンに従って移動し、一次抗体に結合することができる。

−ポリスチレンへのフィブロネクチンの移動
使用したシムが、幅１００ｎｍ、間隔３．１μｍの線の格子でパターン形成したことを除いて、実施例９と同様に、移動、成形、及び染色を実施した。蛍光顕微鏡写真を図６Ｃに示す。この場合も、フィブロネクチンは、シムのパターンに従って移動し、一次抗体に結合することができる。

−ポリカーボネートへのフィブロネクチンの移動
スタンプの基底に対し１６μｍ高くした、間隔４０μｍの突出する４０μｍ正方形でスタンプを構造化したことを除いて、実施例９に従って移動を実施し、シムのパターン形成した箇所上とシムの平坦箇所上とにそれぞれ部分的にスタンプを実施した。射出成形は、一般手順に従って実施し、冷却時間６０秒間の後にポリマーを金型から取り出した。ポリマー表面を、実施例９の方法に従って４℃でＨＳＡを用いて４日間ブロックした。フィブロネクチンを実施例９にあるように染色し、ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図７Ａに示す。フィブロネクチンの正方形をシムの平坦領域上にプリントした場所に明るい正方形が見られる。更に、シムのパターン形成した領域上でフィブロネクチンの正方形がプリントされた場所に、格子線の基礎構造が見られる。ＨＳＡ中に４日間おいた後蛋白質のパターンが明瞭であるので、蛋白質は表面上で移動できないことが示される。図６の格子パターンが、溝での結合が優位なことなどの、シム又はポリマーの表面形状の加工物の結果として得られたものではなかったことも、得られたパターンから示される。

−ポリスチレンへのフィブロネクチンの移動
シムのパターン形成した領域上にのみスタンプをプリントしたことを除き、実施例１２に従って移動、成形、及び染色を実施し、ポリマー表面は、４日間ＨＳＡでブロックしてから免疫染色した。ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図７Ｂに示す。

−フィブロネクチンによって影響を受ける、ポリスチレン上のＨａＣａｔの細胞接着
フィブロネクチンと蛍光標識ＩｇＧが２０：１の混合物の移動は、スタンプの基底に対し１６μｍ高くした、間隔１００μｍの１００μｍ正方形で構造化したスタンプと平坦シムとを使用して、一般手順に従って実施した。スタンプは、フィブロネクチン：ＩｇＧが２０：１の、１００μｇ／ｍｌのフィブロネクチンを含有する溶液中で被覆した。射出成形は、一般手順にあるように、プリントしたシムを使用して実施し、ポリマー複製物は、冷却時間６０秒後、金型から取り出した。次いで、ポリマー複製物の表面は、ＨａＣａｔ細胞で処理した。細胞培養後のポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図８Ａ（蛍光標識ＩｇＧに相当する暗い領域）に示し、表面の反射顕微鏡写真を図８Ｂ（ＨａＣａｔ細胞に相当する暗い点）に示す。接着した細胞の９４％は、蛋白質被覆領域内に位置し、従って移動フィブロネクチンは、細胞接着を引き起こす能力を維持することが示された。

−ポリプロピレンへのＰｄコロイドの移動
ＰＤＭＳ製平坦スタンプを使用し、スタンプを１００００ｒｐｍで回転させながらスタンプ上にパラジウムコロイド懸濁液を滴下して、移動を実施した。シムは、電子ビームリソグラフィーにより、櫛形アレイ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ａｒｒａｙ）のパターンでパターン形成した。すなわち、厚さ３００μｍのブランクを有するニッケル製シムは、ＦＯｘ−１４（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）でスピンコートし、１８０℃１時間ベークして前暴露し、また、パターンは、走査型電子顕微鏡（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｚｅｉｓｓ ＤＳＭ ９６０、１００μＣ／ｃｍ^２）を使用して書いて、作製した。スタンプとシムとを接触させた。シムの平坦部分のＡＦＭ像及び対応する線プロファイルを図９に示す。ポリプロピレン溶融物（Ｉｎｓｐｉｒｅ Ｈ−７１０，Ｄｏｗ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、シムを備えた金型内に注入し、ポリマー複製物は、注入後１５秒後に金型から剥離する。次いで、複製物を、硫酸銅、ロッシェル塩、及び水からなる槽中に入れ、金属銅は、Ｐｄコロイドを移動させたポリマーの領域上に溶液から析出した。複製物の反射顕微鏡像を図１０に示し、図中、明るい領域は被覆された銅であり、暗い領域は未被覆ポリマーである。

所望の材料でシムをコンタクトプリントし、射出成形中にシムからポリマー物品へ材料を移す手順を説明する工程図である。 使用し得るスタンプ及びシムの３つの異なる構成を説明する線図である。 射出成形用金型の概略図である。 本発明の実施形態の方法をカレンダー加工法に適用するための装置を示す。 射出成形を経てＰＭＭＡに移動されたＡｌｅｘａ５４６標識ＩｇＧの蛍光ＣＬＳＭ（共焦点レーザー走査顕微鏡）の顕微鏡写真、及び複数の顕微鏡写真の中から１枚の１領域の線プロファイルを示す。 ＨＳＡで被覆され、更に一次抗体及び蛍光標識二次抗体で染色された表面を有するポリスチレンに射出成形を経て移動されたフィブロネクチンの蛍光ＣＬＳＭの顕微鏡写真を示す。 構造化したシムと併用して構造化したスタンプを使用して、ポリカーボネート及びポリスチレンに移動されたフィブロネクチンの蛍光ＣＬＳＭの顕微鏡写真を示す。 ポリスチレンに移動された、フィブロネクチン及び蛍光標識蛋白質の混合物を使用した細胞接着実験の結果を示す。 シムの平坦領域上に堆積したパラジウムコロイドのＡＦＭ像及び対応する線プロファイルを示す。 射出成形中にＰｄコロイドを移動し、次いで無電解析出法を使用して銅メッキしたポリプロピレン表面の反射顕微鏡像を示す。

Claims (23)

1. 少なくとも１つの生体分子を、ポリマー物品の表面の少なくとも一部上に提供する方法であり、前記ポリマー物品は、前記少なくとも１つの生体分子の劣化又は変性が３０％以下であるような温度を有する加熱ポリマーから成形されているところの方法であって、
   平滑な表面又は少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する加工面を用意し、
   前記少なくとも１つの生体分子の３０％以下しか劣化又は変性しない温度の前記加工面の少なくとも一部に、前記少なくとも１つの生体分子を塗布し、
   前記加熱ポリマーを前記加工面に接触させ、
   前記加工面の表面形状によって前記加熱ポリマーを成形し、
   前記少なくとも１つの生体分子を前記加工面からポリマー表面に移し、そして、前記少なくとも１つの生体分子が、前記加熱ポリマーとの接触によって前記少なくとも１つの生体分子の３０％以下しか劣化又は変性しないように、前記加工面の温度を十分低く維持する
   工程を含むことを特徴とする方法。
2. ポリマー物品を射出成形によって成形し、前記加工面が金型内部の表面を形成する、請求項１に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
3. カレンダー加工を含むプロセスによってポリマー物品を成形する、請求項１に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
4. 加工面を冷却する冷却手段が、前記加工面の温度を３０℃以下に維持する、請求項１から３のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
5. 加工面に塗布される前記少なくとも１つの生体分子を、コンタクトプリントによって前記加工面に塗布する、請求項１から４のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
6. 加工面に塗布される前記少なくとも１つの生体分子を、平滑であるか又は少なくとも部分的に型押し加工されたスタンプを使用して前記加工面に塗布する、請求項５に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
7. 加工面に塗布される前記少なくとも１つの生体分子を、少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する前記加工面に、型押し加工された前記表面の少なくとも一部の凸部のみを前記少なくとも１つの生体分子で被覆するように塗布する、請求項１から６のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
8. 第１の生体分子を塗布した後、前記第１の生体分子の少なくとも一部を加工面から取り除き、そして、少なくとも１つの第２の生体分子を、前記第１の生体分子が取り除かれた前記加工面の各部分のうちの少なくともいくつかに塗布する、請求項１から７のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
9. 加工面を少なくとも部分的に型押し加工し、前記加工面の型押し加工された各部分の少なくともいくつかの凸部を被覆するように、前記加工面の親水性を改変する材料を塗布し、そして、少なくとも１つの生体分子を、前記加工面の少なくとも一部に塗布し、相容性の高い親水性を有する前記加工面の凸部に選択的に接着する、請求項１から４のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
10. 加工面に塗布される前記少なくとも１つの生体分子が、蛋白質、多糖、糖蛋白質、プロテオグリカン、リポ蛋白質、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、オリゴペプチド、オリゴヌクレオチドからなる群から選択され；又は、抗体若しくは抗体の結合フラグメントを含み；又は、細胞接着促進剤又は細胞剥離試薬を含み；又は、哺乳動物の細胞外基質の成分又は血液、間質液、もしくは他の体液の成分を含み；又は、哺乳動物、植物、細菌、又は菌類の細胞壁の成分である、請求項９に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
11. 前記少なくとも１つの生体分子が、ポリリジン、フィブロネクチン、ラミニン、及びコラーゲン類の蛋白質からなる群から選択される細胞接着促進剤であり；又は、前記所定の材料が、デキストラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、及びヘパリンからなる群から選択される細胞剥離剤であり；又は、前記所定の材料が、フィブリノゲン、フィブリン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、蛋白質のコラーゲン類のメンバー、アルブミン、補体因子、又は血小板からなる群から選択される、哺乳動物の細胞外基質の成分又は体液の成分であり；又は、前記所定の材料が、インテグリン類のメンバー、リポ多糖類のメンバー、黄色ブドウ球菌のプロテインＡ及びプロテインＧとこれらの誘導体からなる群から選択される、哺乳動物、植物、細菌、又は菌類の細胞壁の成分である、請求項１０に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
12. 溶融ポリマーを金型に注入する速度を変化させること、及び、加工部分の表面の熱輸送特性を空間的に選択的に変化させることとから選択される、複製加工のパラメーターを選択することによって、表面形状複写製能を調節する、請求項１から１１のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
13. 加工部分の微視的表面形状を、巨視的表面形状とは異なる細部で複製する、請求項１２に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
14. 前記少なくとも１つの生体分子が、触媒活性物質を含む、請求項１から１３のいずれか１つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
15. ポリマー物品上の触媒活性物質を少なくとも１つの試薬に曝して、前記触媒活性物質が反応に触媒作用を及ぼすことを更に含む、請求項１４に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
16. 少なくとも１つの試薬が溶液である、請求項１５に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
17. 試薬の溶液が、触媒活性物質に曝されると、不溶生成物を空間選択的に析出させる、請求項１６に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
18. 加工面の凸部と接触することにより成形されるポリマー物品の表面の凹んだ領域内に前記不溶生成物が含まれ、そして、前記不溶生成物は、前記ポリマー物品の周囲表面領域から凹んでいない、請求項１７に記載の、前記ポリマー物品を提供する方法。
19. 試薬の溶液が、触媒作用で分解されて、不溶の金属生成物を形成する無機錯体を含む、請求項１７又は請求項１８に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
20. 前記不溶の金属生成物が銅である、請求項１９に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
21. 触媒活性物質と少なくとも１つの試薬とが、相互作用して、局所領域で制御された所定量の生成物を発生させる、請求項１６に記載のポリマー物品を提供する方法。
22. 前記加工面が、少なくとも１つの型押し加工領域を有しており、前記型押し加工領域は、１ｍｍ未満の少なくとも１方向の寸法を有する、突出した領域又は凹んだ領域を含んでいる、請求項１から２１のいずれか１つに記載の方法。
23. 前記寸法が、１０μｍ未満である、請求項２２に記載の方法。

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