JP6952340B2 - 表面処理剤 - Google Patents

Description

本発明は、有機系の樹脂材料に対する表面処理剤および当該表面処理剤を用いる有機系の樹脂材料の表面修飾方法に関する。

バイオマテリアルが生体で安全に機能するために重要となるのが生体適合性である。生体適合性は、（１）材料側の反応性と（２）生体側の反応性という２つに大きく分けられ、これらはそれぞれ以下の様に細分化して考えることができる。
（１）材料側の反応性
・物理的性質の変化：大きさ、形、強度、弾性、透明度など
・化学的性質の変化：親／疎水性、酸／塩基性、吸着性、透過性、溶出性など
（２）生体側の反応性
・組織適合性（多量の血液に触れない場合）：細胞接着性、細胞増殖性、細胞活性化など
・血液適合性（多量の血液に触れる場合）：抗血小板血栓性、抗凝固性、抗溶血性など
特に、血液適合性の向上を目指したバイオマテリアルの研究例は、そのニーズが高いことから多く存在する。血液適合性バイオマテリアルには、血小板を活性化して血栓を形成することなく、血液凝固因子などの血液中の生体分子との相互作用も抑制し、赤血球の溶血などにより血液を構成する細胞を破壊しないなどの特性が求められる。

生体適合性を有するバイオマテリアルの具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリ（２−メトキシエチルアクリレート）（ＰＭＥＡ）、およびポリ（２−メタクリロイルオキシエチルホスホコリン）（ＰＭＰＣ）のほか、非特許文献１および２に記載の材料が挙げられる。

生体適合性高分子であるポリエチレングリコールを医療用材料の表面に化学修飾する方法は、医療用材料表面へのタンパク質の吸着を抑制する手法として一般的である。しかし、この方法では、被修飾ポリエチレングリコールは安定的に医療用材料表面に結合するものの、化学反応性基を予め導入しなくてはならない煩雑性や、副生成物残存の問題がある。

特開２００５−１８７４５６号公報 特開２０１６−０６９６１０号公報

合成の容易性または簡便性、生体適合性の高さ、表面修飾処理の簡便性、安全性、またはコスト等の様々な観点に照らして有利な効果を奏する生体適合性高分子を開発し、それを表面処理剤として利用することについてのニーズは高い。

本願は、有機系の樹脂材料に対する表面処理剤を提供する。

以上に鑑み、本件の発明者は、ポリエチレングリコールを含む界面活性剤様化合物に注目し、研究を開始した。鋭意検討の結果、疎水部としてステロイド基を有し、親水部としてポリエチレングリコールを含む化合物が、タンパク質吸着抑制効果を示すことを見いだした。当該知見に基づいて、本発明は完成された。

すなわち、一態様において、本発明は以下のとおりであってよい。
［１］ 有機系の樹脂材料に対する表面処理剤であって、下記式（１）：
Ｒ_１−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−Ｒ_２−Ａ （１）
［式中、
Ｒ_１は、−ＯＣＨ_３、−ＣＯＯＨ、−ＯＲ_Ａ、−ＳＲ_Ａ、−Ｒ_Ａであり、ここでＲ_Ａは炭素数１〜１８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、アルケニル基もしくはアルキニル基である；
Ｒ_２は、−Ｒ_Ｂ−ＮＨＣＯ−、−ＣＯＮＨ−Ｒ_Ｂ−、−ＮＨＣＯ−または−ＣＯＮＨ−であり、ここでＲ_Ｂは炭素数１〜６の直鎖または分岐鎖のアルキレン、アルケニレン、アルキニレンである；
Ａは、以下の式：

で表されるステロイド基であり、式中、
Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｄ、およびＲ_Ｅは、それぞれ独立して水素または−ＯＨであり、
Ｒ_Ｆは−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２または−ＣＯＯＨであり；および
ｎは、１１〜２３００の整数を表す］
で表される構造を有する化合物を含む、前記表面処理剤。
［２］ 有機系の樹脂材料が、ビニル系のポリマー、ポリイミド系のポリマー、ポリスチレン、またはセルロース、である、上記［１］に記載の表面処理剤。
［３］ 有機系の樹脂材料が、ポリプロピレンまたはポリスチレンである、上記［１］に記載の表面処理剤。
［４］ 化合物が、下記式（２’）

［式中、ｎは２０〜１２０の整数を表す］
で表される構造を有する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の表面処理剤。
［５］ 化合物が、下記式（２）

［式中、ｎは２０〜１２０の整数を表す］
で表される構造を有する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の表面処理剤。
［６］ 上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の表面処理剤を用いた樹脂材料の表面処理方法であって、上記樹脂材料の表面に、上記表面処理剤を溶剤に溶解してなる処理剤溶液を作用させて、上記表面処理剤を該表面に吸着させることを特徴とする表面処理方法。
［７］ 上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の表面処理剤を、樹脂材料の表面に吸着させることで、樹脂表面へのタンパク質の吸着を抑制する、タンパク質吸着抑制剤。

本願の表面処理剤は、人工臓器などに広く用いられているポリプロピレン等の有機系の樹脂材料に対し、水溶液を添加して静置するという簡便な表面処理によってコーティングすることが可能である。また、タンパク質の吸着を効果的に抑制する。

図１は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧでポリプロピレンの表面修飾を行った場合のタンパク質吸着抑制効果について、表面修飾の際の処理濃度依存性の結果、およびコレステロール基の有無による効果を示すグラフである。 図２は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧでポリプロピレンの表面修飾を行った場合のタンパク質吸着抑制効果について、表面修飾の際の処理時間依存性の結果を示すグラフである。 図３は、表面処理剤の構造によるタンパク質吸着抑制効果への影響を検討した結果を示すグラフである。 図４は、Affinix（登録商標）QN Pro（ULVAC）で計測が可能な各周波数パラメータを説明する概略図である。 図５は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧをポリプロピレン表面への結合性を評価した際の、高濃度の添加実験の結果を示すグラフである。 図６は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧをポリプロピレン表面への結合性を評価した際の、粘弾性値の吸着時の経時変化を観察した結果を示すグラフである。 図７は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧをポリプロピレン表面への結合性を評価した際の、低濃度からの段階的添加実験の結果を示すグラフである。 図８は、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧをポリプロピレン表面への結合性を評価した際の、低濃度からの段階的添加実験の結果を示すグラフである。

以下に本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本明細書で特段に定義されない限り、本発明に関連して用いられる科学用語及び技術用語は、当業者によって一般に理解される意味を有するものとする。

表面処理剤
一態様において、本願は有機系の樹脂材料に対するタンパク質吸着を抑制するための表面処理剤であって、下記式（１）：
Ｒ_１−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−Ｒ_２−Ａ
［式中、
Ｒ_１は、−ＯＣＨ_３、−ＣＯＯＨ、−ＯＲ_Ａ、−ＳＲ_Ａ、−Ｒ_Ａであり、ここでＲ_Ａは炭素数１〜１８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、アルケニル基もしくはアルキニル基である；
Ｒ_２は、−Ｒ_Ｂ−ＮＨＣＯ−、−ＣＯＮＨ−Ｒ_Ｂ−、−ＮＨＣＯ−または−ＣＯＮＨ−であり、ここでＲ_Ｂは炭素数１〜６の直鎖または分岐鎖のアルキレン、アルケニレン、アルキニレンである；
Ａは、以下の式：

で表されるステロイド基であり、式中、
Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｄ、およびＲ_Ｅは、それぞれ独立して水素または−ＯＨであり、
Ｒ_Ｆは−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２または−ＣＯＯＨであり；および
ｎは、１１〜２３００の整数を表す］
で表される構造を有する化合物を含む、前記表面処理剤に関する。

有機系の樹脂材料は、炭化水素系の骨格構造を有する樹脂材料であれば特に限定されない。好ましい態様において、有機系の樹脂材料は、医療用材料として用いられる樹脂材料である。また別の好ましい態様において有機系の樹脂材料は、ビニル系のポリマー、ポリイミド系のポリマー、ポリスチレン、またはセルロースである。本願の表面処理剤は、水溶液を樹脂材料上で静置することにより樹脂材料のコーティングが可能である。このため、表面に修飾可能な官能基が存在しない樹脂材料であっても修飾可能であり、本願の表面処理剤を適用する上で好適であることが想定できる。より好ましくは、有機系の樹脂材料は、ポリプロピレンまたはポリスチレンであり、さらに好ましくはポリプロピレンである。

上記表面処理剤において、Ｒ_１は、好ましくは、−ＯＣＨ_３、−ＣＯＯＨ、−ＯＲ_Ａである。さらに好ましくはＲ_１は、−ＯＣＨ_３である。
上記表面処理剤に含まれる化合物について、Ｒ_Ａは、好ましくは炭素数１〜６の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、アルケニル基もしくはアルキニル基である。

上記表面処理剤に含まれる化合物について、Ｒ_２は、好ましくは−Ｒ_Ｂ−ＮＨＣＯ−または−ＮＨＣＯ−である。さらに好ましくはＲ_２は、−Ｒ_Ｂ−ＮＨＣＯ−である。
上記表面処理剤に含まれる化合物について、Ａは、好ましくは以下の式：

［式中、Ｒ_Ｆは−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２である］
で表されるコレステロール基である。ここにおいてＲ_Ｃ、Ｒ_Ｄ、およびＲ_Ｅは、それぞれ独立して水素または−ＯＨであり、好ましくは水素である。

上記表面処理剤に含まれる化合物について、−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−は、分子量約５００〜約１００，０００のポリエチレングリコール部分である。好ましくは、ポリエチレングリコール部分の分子量は約１，０００〜約１０，０００、より好ましくは約１，０００〜約５，０００、または約１，０００〜約３，０００である。したがって、上記式においてｎは、１１〜２３００、２０〜２３０、２０〜１２０、または２０〜７０であってもよい。

Ｒ_１、Ｒ_２、Ａ、Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｄ、Ｒ_Ｅ、Ｒ_Ｆ、およびｎについて上記に列挙した各態様については、それぞれ組み合わせて本願の表面処理剤の一態様とすることができる。

好ましい態様において、表面処理剤は、下記式（２’）

［式中、ｎは２０〜１２０、好ましくは２０〜７０、の整数を表す］
で表される構造を有する化合物を含むものであってもよい。
特に好ましい態様において、表面処理剤は、下記式（２）

［式中、ｎは２０〜１２０、好ましくは２０〜７０、の整数を表す］
で表される構造を有する化合物を含むものであってもよい。
表面処理剤に含まれる化合物は、例えば国際公開第ＷＯ２０１４／１４８３７８号パンフレットに記載の方法など、当業者に公知の手法やそれらを適宜組み合わせることにより合成することができる。

表面修飾方法または表面処理方法
一態様において、本願は上記表面処理剤を用いる有機系の樹脂材料の表面修飾方法または表面処理方法を提供する。有機系の樹脂材料については、上記「表面修飾剤」の項目において記載した通りである。上記表面修飾方法または表面処理方法は、上記樹脂材料の表面に、上記表面処理剤を溶剤に溶解してなる処理剤溶液を作用させて、上記表面処理剤を該表面に吸着させる工程を含む。溶剤は、特に限定されないが、例えば水、各種緩衝液、生理食塩水であり、好ましくは水である。好ましい態様において、上記表面修飾方法または表面処理方法は、本願の表面処理剤の水溶液を有機系の樹脂材料上で静置する工程を含む。

表面修飾方法又は表面処理方法は、本願の表面処理剤溶液を有機系の樹脂材料上で静置した後、当該処理剤溶液を取り除き、樹脂材料をドライヤー等で風乾させる工程を含んでもよい。

表面処理剤溶液の濃度は、０．０００１ｍｇ／ｍＬ以上、０．００１ｍｇ／ｍＬ以上、０．０１ｍｇ／ｍＬ以上、０．１ｍｇ／ｍＬ以上、０．３ｍｇ／ｍＬ以上、０．５ｍｇ／ｍＬ以上、０．７ｍｇ／ｍＬ以上、好ましくは１ｍｇ／ｍＬ以上である。１ｍｇ／ｍＬ以上の濃度としても樹脂材料へのタンパク質吸着抑制効果は向上せず、１ｍｇ／ｍＬ程度の濃度で充分に効果を発揮する。また、表面処理剤の樹脂材料表面上への吸着の挙動を評価したところ、０．４ｍｇ／ｍＬの表面処理剤を適用すれば、樹脂材料表面上への吸着がほぼ飽和に達することが見出された。処理に用いる表面処理剤の量は少ないほど低コストとなることに鑑みれば、水溶液濃度の上限は０．４ｍｇ／ｍＬまたは１．０ｍｇ／ｍＬであってもよい。

好ましい態様において、本願の表面修飾方法または表面処理方法は、上記樹脂材料の表面に、上記表面処理剤の希薄溶液を、段階的に濃度を向上させて、数回に分けて作用させて、上記表面処理剤を該表面に吸着させる工程を含む。表面処理剤の希薄溶液は、例えば、表面処理剤を溶剤に溶解してなる処理剤溶液であって、表面処理剤の濃度が０．０００１ｍｇ／ｍＬ〜０．４ｍｇ／ｍＬのものであってよい。また、この場合、表面処理剤の希薄溶液の濃度はこの範囲で段階的に向上させる。表面処理剤の希薄溶液を作用させる回数は特に限定されないが、例えば、２回、３回、４回、５回であってよい。

表面処理剤の水溶液を有機系の樹脂材料上で静置する時間、すなわち表面修飾の処理時間は、５分以上、好ましくは１０分以上、３０分以上、４５分以上、１時間以上、である。１時間以上処理しても樹脂材料へのタンパク質吸着抑制効果は向上せず、１時間程度の処理時間で充分に効果を発揮する。処理に用いる時間は短いほど、効率よく修飾ずみの材料を提供できることに鑑みれば、処理時間の上限は１時間であってもよい。

以下に本発明の具体例を示す。これらの具体例は、本発明を理解するための説明を提供することを目的とするものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

実施例１：表面修飾の際の処理濃度依存性
以下の構造式で表されるＣｈｏｌ−ＰＥＧ：

［式中、−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−は分子量約２，０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。すなわち、ｎは約４５である。］
を用い、ポリプロピレンの表面修飾を行った場合のタンパク質吸着抑制効果について、表面修飾の際の処理濃度依存性を検討した。また、コレステロール基の有無による効果を検討すべく、以下の構造式で表されるＮＨ_２−ＰＥＧ：

を比較のために用いた。
方法
Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ １ｍｇ／ｍｌ、２ｍｇ／ｍｌ、５ｍｇ／ｍｌ、ＮＨ_２−ＰＥＧ １ｍｇ／ｍｌを、ポリプロピレン製のプレートのウェルにそれぞれ５０μＬ添加し、２４時間静置した（ｎ＝３）。２４時間後、溶液を取り除き、ドライヤーでウェルを完全に乾燥させた。蒸留水でウェルを２回洗浄した。Ｃｈｏｌ−ＰＥＧまたはＮＨ_２−ＰＥＧで表面修飾せずに抗原を添加したウェルをポジティブコントロール（「＋」）とし、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧまたはＮＨ_２−ＰＥＧで表面修飾せず、抗原を添加もしないウェルをネガティブコントロール（「−」）とした。「＋」、「ＮＨ_２−ＰＥＧ」、「Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ １ｍｇ／ｍｌ」、「Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ ２ｍｇ／ｍｌ」および「Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ ５ｍｇ／ｍｌ」のウェルに抗原（ニワトリγ−グロブリン、１μｇ/ｍＬ）を５０μＬ／ウェル、「−」のウェルに１×ＰＢＳ（−）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分間静置した。各ウェルを洗浄液（０．０５％ Ｔｗｅｅｎ ２０、ＰＢＳ（−））で２回洗浄した。全てのウェルに１×１次抗体（ウサギ抗ニワトリポリクローナル抗体、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、１μｇ/ｍＬ）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分間静置した後、各ウェルを洗浄液で２回洗浄した。続いて１×２次抗体（ヤギ抗ウサギ抗体西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）結合体、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、＃166-2400JEDU（ELISA イムノ Explorer キット）附属品）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分静置した後、各ウェルを洗浄液で２回洗浄した。ＨＲＰ酵素基質である３，３’、５、５’−テトラメチルベンジジン（ＴＭＢ）（バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、＃1662402）を５０μＬ／ウェルずつ加えて１０分間静置した。２Ｍ硫酸を５０μＬ／ウェルずつ加えて反応を止めた。４５０ｎｍの吸光度を測定した。

結果
結果を図１に示す。Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを添加したウェルはネガティブコントロールと同等の低い吸光度を示し、抗原の吸着を抑制したことが示された。また、１ｍｇ／ｍＬ以上の濃度範囲では濃度依存性は観察されず、１ｍｇ／ｍＬのＣｈｏｌ−ＰＥＧによる処理で十分なタンパク質吸着抑制効果が得られることが明らかとなった。

実施例２：表面修飾の際の処理時間依存性
Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ １ｍｇ／ｍｌを、ポリプロピレン製のプレートのウェルにそれぞれ５０μＬ添加し、１、３、６、１８または２４時間静置した。その後は実施例１と同様に処理し、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧによる表面修飾の際の処理時間の長さによる影響を検討した。

結果を図２に示す。処理時間１、３、６、１８または２４時間のウェルはいずれも、ネガティブコントロールと同等の低い吸光度を示し、抗原の吸着を抑制したことが示された。すなわち、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧによるポリプロピレン表面の修飾について、１時間以上の時間では処理時間依存性は観察されず、少なくとも１時間の処理で十分なタンパク質吸着抑制効果が得られることが明らかとなった。

実施例３：疎水基構造依存性
表面処理剤の構造によるタンパク質吸着抑制効果への影響を検証するために、実施例１において記載したＣｈｏｌ−ＰＥＧ、ＮＨ_２−ＰＥＧの他、以下の構造式の化合物：

［式中、−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−は分子量約２，０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。すなわち、ｎは約４５である。］

［式中、ＰＥＧは、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−ＯＣＨ_３を表す。ここで、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−は分子量約２，０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。すなわち、ｎは約４５である。］

［式中、ＰＥＧは、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−ＯＣＨ_３を表す。ここで、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−は分子量約２，０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。すなわち、ｎは約４５である。］
および、

［式中、ＰＥＧは、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−ＯＣＨ_３を表す。ここで、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎ−は分子量約２，０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。すなわち、ｎは約４５である。］
を用い、ポリプロピレン表面修飾によるタンパク質吸着抑制効果を検討した。

方法
Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ、ＮＨ_２−ＰＥＧ、Ｓｔ−ＰＥＧ、ＤＥＡＥ−ＰＥＧ、ＡＰｅ−ＤＥＡＥ−ＰＥＧ、およびＧｕ−ＰＥＧの各１ｍｇ／ｍｌのサンプル溶液を、ポリプロピレン製のプレートのウェルにそれぞれ５０μＬ添加し、室温で２４時間静置した。蒸留水でウェルを２回洗浄した。実施例１と同様に、ポジティブコントロール（「＋」）およびネガティブコントロール（「−」）を設けた。「＋」、「ＮＨ_２−ＰＥＧ」、「Ｃｈｏｌ−ＰＥＧ」、「ＤＥＡＥ−ＰＥＧ」、「ＡＰｅ−ＤＥＡＥ−ＰＥＧ」、および「Ｇｕ−ＰＥＧ」のウェルには抗原ニワトリγ-グロブリン、１μｇ/ｍＬ）を５０μＬ／ウェル、「−」のウェルにＰＢＳ（−）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分間静置した。各ウェルを洗浄液（０．０５％ Ｔｗｅｅｎ ２０、ＰＢＳ（−））で３回洗浄した。１×１次抗体（ウサギ抗ニワトリポリクローナル抗体、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、1 μｇ/ｍＬ）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分間静置した後、各ウェルを洗浄液で３回洗浄した。続いて１×２次抗体（ヤギ抗ウサギ抗体西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）結合体、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、＃166-2400JEDU（ELISA イムノ Explorer キット）附属品）を５０μＬ／ウェルで添加し、５分静置した後、各ウェルを洗浄液で３回洗浄した。ＨＲＰ酵素基質であるＴＭＢ（バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社、＃1662402）５０μＬ／ウェルずつ添加し、２０分間または３０分間静置した。２Ｍ硫酸を５０μＬ／ウェルずつ加えて反応を止めた。４５０ｎｍの吸光度を測定した。

結果
結果を図３に示す。Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを添加したウェルが最も吸光度が低く、ネガティブコントロールと同等の吸光度を示した。このことは、ウェルにＣｈｏｌ−ＰＥＧがコーティングされたことで、抗原の吸着を抑制したことが示している。

また、Ｇｕ−ＰＥＧはＮＨ_２−ＰＥＧと同等の吸光度を示したことから、ウェル表面との相互作用に静電相互作用ではなく疎水性相互作用が起因していることが示唆された。さらに、末端に疎水性の高いステアリル基を有するＳｔ−ＰＥＧが高い吸光度を示したことから、タンパク質の吸着抑制について、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧのように疎水性基としてコレステロール基を用いることで高い効果が期待できることが示唆された。

実施例４：Ｃｈｏｌ−ＰＥＧの結合性評価
ポリプロピレンに対するＣｈｏｌ−ＰＥＧの結合性を、水晶振動子（ＱＣＭ：Quartz Crystal Microbalance）ベースの分子間相互作用解析装置であるAffinix（登録商標）QN Pro（ULVAC）により評価した。

Affinix（登録商標）QN Pro（ULVAC）では、図４に示す各周波数パラメータの計測が可能である。本実施例において測定した各周波数の変化の意味は、以下の数式に示すとおりである。

Ｆｓ＝−質量−粘性＋粘弾性Ｇ”
Ｆ２＝−質量＋粘弾性Ｇ’＋Ｇ”
Ｆｗ＝−粘性−粘弾性Ｇ’
ＱＣＭは、質量、粘性、粘弾性の影響を受けるが、各々の周波数はその寄与が異なっている。Ｆｗは損失分を表し、溶液の粘性が上がったとき、あるいは、吸着物が柔らかく変化したときに減少する。本実施例においては、吸着したものが硬ければＦｗは変化せず、柔らかければ吸着量に合わせてマイナスに変化する。

測定は、次のように行った。ＱＣＭの金電極上にポリプロピレン（ＰＰ）を成膜したＰＰセンサーを準備した。センサー上に蒸留水を５００μｌ添加した後、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を所定の濃度となるように添加した。次いで、ＰＰに吸着したＣｈｏｌ−ＰＥＧが脱着しないことを確認する場合は、センサー上の溶液を蒸留水に置換した。

（４−１）高濃度の添加実験
高濃度の添加実験として、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を終濃度が０．４ｍｇ／ｍＬとなるようにＰＰセンサー上に添加した。その後、蒸留水５００μｌに置換した。結果を図５に示す。

Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を終濃度が０．４ｍｇ／ｍＬとなるようにＰＰセンサー上に添加した場合、非常に速い吸着速度が確認できた。また、蒸留水に置換しても、吸着したものの解離はそれほどみられなかった。

また、この結果に基づき、粘弾性値の吸着時の経時変化を評価した。結果を図６に示す。Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料の吸着時の経時変化を観察すると、剛性率（μ）、粘性率（η）ともに上昇し、吸着初期よりも固くなっている様子が観察された。また、蒸留水に置換した際には、いったん構造がゆるみ、柔らかくなったが、再度固くなる挙動が見られた。これは吸着物の構造の再構成によるものである可能性がある。一方、膜厚（ｈ）はそれほど変化していないため、吸着物の解離はほとんど起こっていない様子が観察された。

さらに、これらの結果で得られたデータを、Sauerbreyの式：

［式中、Δｆは周波数変化量、ｆ_０は基本周波数、Ａは金電極面積、ρ_ｑは水晶の密度、μ_ｑは水晶のせん断応力、Δｍは質量変化量］
に当てはめ、ＰＰセンサー１ｃｍ^２あたりに吸着したＣｈｏｌ−ＰＥＧの量を計算した。その結果、０．２３２７３μｇ／ｃｍ^２のＣｈｏｌ−ＰＥＧが吸着したことが明らかとなった。また、この値を、ＰＰセンサー１ｎｍ^２あたりに吸着したＣｈｏｌ−ＰＥＧの分子数に換算したところ、０．５８０６分子／ｎｍ^２であった。

（４−２）低濃度からの段階的添加実験
低濃度からの添加実験として、希薄濃度のＣｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を、段階的に濃度を向上させてＰＰセンサー上に添加した。

１回目の実験では、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を、終濃度が順に、０．０１ｍｇ／ｍＬ、０．０４ｍｇ／ｍＬ、０．４ｍｇ／ｍＬとなるように添加した。２回目の実験では、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧを含む試料を、終濃度が順に、０．０００１ｍｇ／ｍＬ、０．００１ｍｇ／ｍＬ、０．０１ｍｇ／ｍＬ、０．１ｍｇ／ｍＬとなるように添加した。順に、１回目および２回目の実験結果を、それぞれ図７および図８に示す。

１回目の実験結果により、０．０１ｍｇ／ｍＬのＣｈｏｌ−ＰＥＧは、当該試料の添加によりＣｈｏｌ−ＰＥＧのＰＰへの吸着量がほぼ飽和する濃度であったことが読み取れた。また、２回目の実験結果により、Ｃｈｏｌ−ＰＥＧは、０．０００１ｍｇ／ｍＬという低濃度からもＰＰに吸着しはじめており、０．０１ｍｇ／ｍＬを適用した段階ではほぼ飽和に達していることが読み取れた。

上記２回目の実験結果から、Ｋｄ値（ＰＰ表面とＣｈｏｌ−ＰＥＧの結合における解離定数を求めたところ、Ｋｄ＝４．３５×１０^−７Ｍであった。
また、上記１回目の実験結果について、（４−１）の手法と同様にしてＰＰセンサー１ｃｍ^２あたりに吸着したＣｈｏｌ−ＰＥＧの量を計算したところ、０．５μｇ／ｃｍ^２のＣｈｏｌ−ＰＥＧが吸着したことが明らかとなった。また、この値を、ＰＰセンサー１ｎｍ^２あたりに吸着したＣｈｏｌ−ＰＥＧの分子数に換算したところ、１．２５分子／ｎｍ^２であった。この結果は、低濃度からの段階的添加により、樹脂材料１ｎｍ^２ああたり１本程度のＣｈｏｌ−ＰＥＧが吸着したことを意味する。

ポリマーブラシの作製方法の一つとして、高分子鎖を固体表面に物理的・科学的に吸着・反応させてポリマーブラシを作成する方法は、grafting-to法として知られている。しかし、grafting-to法は固体表面への高分子鎖の結合が進むにつれてすでにグラフトされた鎖の立体障害により、新たに表面に結合しようとする高分子鎖の接近が妨げられるために、一般的には高密度のポリマーブラシブラシを得ることができないとされている（横山秀昭著、高分子、６６巻、８月号、４２１頁、２０１７年）。しかし、本発明の表面処理剤は、grafting-to法によっても高密度のポリマーブラシを得ることが可能である。

本願の表面処理剤は、簡便な表面処理によって有機系の樹脂材料のコーティングが可能である。また、タンパク質の吸着抑制効果が高いものであることから、医療用材料のコーティングへの適用が可能である、医療用材料の表面修飾において優れた血液適合性を発揮する。

Claims (7)

1. 有機系の樹脂材料に対する表面処理剤であって、下記式（１）：
   Ｒ_１−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−Ｒ_２−Ａ （１）
   ［式中、
   Ｒ_１は、−ＯＣＨ_３、−ＣＯＯＨ、−ＯＲ_Ａ、−ＳＲ_Ａ、−Ｒ_Ａであり、ここでＲ_Ａは炭素数１〜１８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、アルケニル基もしくはアルキニル基である；
   Ｒ_２は、−Ｒ_Ｂ−ＮＨＣＯ−、−ＣＯＮＨ−Ｒ_Ｂ−、−ＮＨＣＯ−または−ＣＯＮＨ−であり、ここでＲ_Ｂは炭素数１〜６の直鎖または分岐鎖のアルキレン、アルケニレン、アルキニレンである；
   Ａは、以下の式：
   

   

   で表されるステロイド基であり、式中、
   Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｄ、およびＲ_Ｅは、それぞれ独立して水素または−ＯＨであり、
   Ｒ_Ｆは−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）_２または−ＣＯＯＨであり；および
   ｎは、１１〜２３００の整数を表す］
   で表される構造を有する化合物を含む、前記表面処理剤。
2. 有機系の樹脂材料が、ビニル系のポリマー、ポリイミド系のポリマー、ポリスチレン、またはセルロース、である、請求項１に記載の表面処理剤。
3. 有機系の樹脂材料が、ポリプロピレンまたはポリスチレンである、請求項１に記載の表面処理剤。
4. 化合物が、下記式（２’）
   

   

   ［式中、ｎは２０〜１２０の整数を表す］
   で表される構造を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面処理剤。
5. 化合物が、下記式（２）
   

   

   ［式中、ｎは２０〜１２０の整数を表す］
   で表される構造を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面処理剤。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面処理剤を用いた樹脂材料の表面処理方法であって、上記樹脂材料の表面に、上記表面処理剤を溶剤に溶解してなる処理剤溶液を作用させて、上記表面処理剤を該表面に吸着させることを特徴とする表面処理方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面処理剤を、樹脂材料の表面に吸着させることで、樹脂表面へのタンパク質の吸着を抑制する、タンパク質吸着抑制剤。

Images