JPH08503242A - 表面改質法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポリマーをベースとする表面を粒子を用いてコーティングすることによって改質する方法は、ポリマーをベースとする表面の上層を、接着剤を使用せずに膨潤または溶解状態に変換し、そして同時にかまたはその後にポリマーをベースとする表面を粒子と接触させることからなる。

Description

【発明の詳細な説明】 表面改質法 本発明は、表面の改質、さらに特定するとポリマーをベースとする表面を粒子 で非接着性コーティングする方法に関する。 例えば耐摩耗性を高めるため、テクスチャーの効果のため、紙をコートするた め、写真材料を製造するため、分析試験系をつくるため等に、プラスチックおよ び他の材料の物品の表面に粒子を固定することによって、これらの表面を改質す ることは先行技術で一般に知られている。しかしながら、使用されるコーティン グ法はしばしば複雑になり、そしてほとんどの場合被覆された製品の意図する目 的によっては、粒子に悪影響を及ぼす可能性のあるバインダーが使用される。 例えば、US-A3,993,451号には、一方の面に、薬剤を含む粒子と薬剤を含まな い親水性粒子の層を接着させたプラスチックフィルム支持体からなる試験シート が開示されている。試験シートは、予め接着剤を噴霧しておいた支持体に乾燥形 態の粒子を付与することにより製造される。 EP-A-420 053号には、生物学的に新和性の薬剤により被覆された、タンパク質 を吸収しないポリウレタンポリマーコーティング支持粒子を有する、平らな多孔 性シート材料からなる分析試験系が開示されている。その生物学的に活性な剤を 被覆した粒子の緩衝剤懸濁液の少量を処理済みの支持体に付与後乾燥させること により、粒子を支持体材料の表面構造中に捕捉する。粒子をより永続的に支持体 に取り付けるのは、粒子上に被覆された抗体または他の薬剤をポリマー被覆され た支持体に架橋剤を用いて共有結合させることによって 達成することができる。 Maskos U.およびSouthern E.M.のNucl. Acids Res. 7(1992)1679〜1684には、 溶融ポリプロピレンにプラスチック棒を浸漬し、次いでこれらを誘導されたガラ スビーズのパイルと接触させることにより、バロチーニガラスビーズをプラスチ ック棒へ融合させることが開示されている。次いで、融合したビーズは核酸のハ イブリダイゼーションにおけるオリゴヌクレオチドの支持体として使用された。 本発明は、ポリマーをベースとする表面を粒子を用いて改質する著しく改善さ れた方法を提案しており、この方法は一方では先行技術の方法よりも実施が簡単 であり、また他方では、例えば粒子のより緻密な充填、より輪郭の明らかな粒子 の単一層または粒子コーティングにより付与される表面の所望の性質に関するよ り高い能力、の点でよりすぐれた表面を製造する。 本発明の方法により、ポリマーをベースとする表面の上層(toplayer)を接着剤 を使用することなく膨潤または半溶解された状態に変換する。次いで表面を被覆 するための粒子を、上層の膨潤または溶解と同時にかまたはその後で付与する。 この方法によって得られる表面は、表面材料の上層に部分的に埋め込まれるこ とによって表面にしっかりと固定された粒子を支持し、粒子はその大部分の面積 を露出しており、どのようなバインダーによっても被覆されないで表面から突き 出ている。 上記したポリマーをベースとする物品は、任意の形状であってよく、フィルム 、プレート、ボール、ロッド、パイプ、ピン、ぺグ、多重歯装置 (multipronged device) 等であることができる。 本発明方法の一つの実施態様においては、物品の表面は、物品を所望の形状、 サイズおよび性質の粒子と物品の材料を膨潤または溶解することのできる溶媒と の混合物またはスラリーと接触させ、次いでその表面に該粒子を付着させた物品 を乾燥することによって、所望の形状、サイズおよび性質の粒子で被覆される。 本発明方法の別の実施態様では、物品の表面を最初に物品の材料を膨潤または 溶解させることのできる溶媒で処理し、次いで乾燥粒子と接触させて表面を乾燥 させる。 本発明方法のさらに別の実施態様では、物品表面を、最初に記載した実施態様 の粒子混合物またはスラリーと接触させる前に、物品の材料を膨潤または溶解す ることのできる溶媒と接触させる。 第一の方法の実施態様は、洗浄された物品を適切な時間の間、粒子のスラリー に浸漬し、次いで例えば周囲空気もしくは熱風、熱放射または真空によって乾燥 することにより実施することができる。 浸漬時間は物品の材料および溶媒並びに表面層の所望の溶解の深さによって変わ る。通常、浸漬時間はやや短めで例えば１〜１０秒である。溶解の深さは当然の ことながら温度にも依存すると考えられる。 しかしながら、この方法は通常、室温で好都合に実施される。スラリーの濃度、 すなわち溶媒中の沈殿粒子の体積パーセントは通常１〜１００％の間で幅広く変 化することができる。コーティング手順は、表面の被覆を増大したい場合は一回 またはそれ以上の回数繰り返すことができる。 上記の第一の方法の実施態様では、スラリー中の粒子は被覆される物品表面よ りも溶媒中で有意に溶解性が低くなければならず、そして通常、溶媒には実質的 に不溶性である。 第二の方法の実施態様は、洗浄された物品を適切な時間の間溶媒に浸漬し、次 いで物品の表面を乾燥粒子で処理することにより、例えば粉末化もしくは噴霧す ることによるか、または乾燥粒子で粗く被覆された表面に物品を置く／押しつけ ることによって実施することができる。次いで、表面を例えば周囲空気もしくは 熱風、熱放射または真空で乾燥させる。 上記の第三の方法の実施態様では、粒子のスラリーと接触させる前に物品表面 と接触する溶媒はスラリーのそれと同一であってもよいしまたはそうでなくても よい。 記載した三つの方法の実施態様のいずれかによって被覆された表面を乾燥した のち、捕捉されていない粒子を、例えば、最初にエタノール、次いで水でフラシ ュして表面から洗い落とすことができる。 コーティング工程の前の物品表面の洗浄は、例えば、水、次いでエタノールで すすぐことにより実施することができ、次いでオーブン中または真空中で、温風 を用いてかまたは用いずに乾燥する。 本発明により被覆される物品表面のポリマーをベースとする材料は、広範囲の 材料から選ぶことができ、それに適した溶媒が存在する。適切なポリマー／溶媒 の組合わせは当業者にとっては容易に明らかである。ポリマーの例はポリスチレ ン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチ レンテレフタレートコポリエステル、等である。対応する適切な溶媒の例は、エ ステル、脂肪族および芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ケトン、並びに脂 肪族および芳香族アミン、例えばトリエチルアミンである。 本発明の方法を用いて、著しく増加した表面積および選ばれた特定の粒子によ って付与される任意の所望の性質を有する物品表面を都合よくそして効率的に提 供することができることは、容易に認められる。達成できる表面膨張に関しては 、粒子は多孔性であるのが好ましい。特定の粒子の多孔度およびサイズに依存し て、ほぼ1000倍の表面膨張は容易に達成することができる。 本発明の表面改質技術は、広範囲の分子、粒子および支持体に、並びに広範囲 の目的に適用することができる。本発明により改質された表面は、例えば固相反 応のための表面、生物学的に活性な表面、次なる結合反応のために予め活性化さ れた表面、電気泳動プレート表面、診断用の棒の表面、さらなる官能化または誘 導体化のための表面等として使用することができる。 本発明により表面を粒子で被覆することの明らかな利点は、分子がバッチ式の 粒子および物品表面上に単純に固定化する前にあった粒子に結合することができ るということである。当然のことながら、粒子が物品表面に固定化された後に、 または所望により固定化の前および後に、粒子を誘導体化することも可能である 。 物品表面上に被覆される特定の粒子は、所望の表面積拡張および物品表面に付 与される特定の性質に依存すると考えられる。粒子は、例えば親水性、疎水性等 の性質を有する粉末状のポリマーでありうる。他の例は、クロマトグラフィー（ 充填）用の粒子である。後者は、例えば親水性、疎水性、アニオン交換体、カチ オン交換体、生物学的に活性（例えば結合された酵素、DNA、抗体、抗原等を有 する）、予め活性化されている（後の結合反応のため）でありうる。クロマトグ ラフィー用粒子の例は、シリカ、ポリスチレンージビニ ルベンゼン、アクリレートおよび炭水化物をベースとする材料、例えば架橋され たアガロースおよびデキストランである。また、本発明の方法は同じ支持体に結 合された別々の粒子上に異なる薬剤を固定化する。 本発明の方法は、物品表面に、例えば接着剤のような追加の物質を加えること は含まないので、活性化粒子の性質は先行技術の方法におけるよりも容易に維持 される。 粒子が多孔性である場合、毛管現象によって、粒子を担持する支持体を十分に 浸漬しなくても、小さい体積が大きな粒子で被覆された表面上に分布可能である ことが保証されると考えられる。このやり方では、最小の反応体積が使用され、 薬剤の必要性が低減され、そして拡散距離が最小となる。従って、実験は貯蔵器 を必要とすることなく支持体の表面上で実施することができる。 ここで、本発明をさらに以下の実施例によって例証するが、本発明はこれらに 限定されるものではない。 実施例１ ポリスチレンフィルム、35×12×0.2mmのものを最初に水中50％エタノール中 で５秒間、次いでエタノール中で５秒間浸漬することにより洗浄し、続いて通風 されたヒュームフード中で乾燥した。このフィルムを10mlアセトン中５ｇのシリ カ粒子（Sephasil^TM C8Prep Grade, pharmacia LKB Biotechnology AB, Uppsala , Sweden;球状、多孔性、C₈誘導シリカ、dp₅₀＝12μｍ）の撹拌されたスラリー 、50％スラリー中に２秒間浸漬することによって、シリカ粒子で被覆した。空気 中で３分間乾燥した後、フィルムを２秒間前記スラリー中に再浸漬し、そして空 気中で５分間乾燥させた。捕捉されていな い粒子は洗浄ボトルを用いて、最初にエタノールで、次いで水でフィルムから洗 い落とした。比表面積（BET式、クリプトン）の測定では、被覆されたフィルム は被覆されないフィルムと比較して面積が800倍増加していたことを示した。 実施例２ ポリエチレンテレフタレートコポリエステルのフィルム、35×12×0.4mmのも のを実施例１のようにして洗浄した。このフィルム Pharmacia LKB Biotechnology AB, Uppsala,Sweden；球状、多孔性、親水性、架 橋されたアガロースビーズ、dp₅₀＝10μｍ）の撹拌されたスラリー、50％スラリ ー中に２秒間浸漬することによって被覆し、続いて実施例１中のようにして乾燥 および洗浄した。 実施例３ ポリメチルメタクリレートプレート、35×12×0.5mmのものを実施例１中のよ うに洗浄した。プレートをクロロホルム中に５秒間浸 上に押しつけることによって、プレートをデキストランビーズ Sweden；球状、多孔性、親水性、架橋されたデキストランビーズ、dp₅₀＝10〜40 μｍ）で被覆した。５分間乾燥した後、プレートを実施例１のようにして洗浄し た。 実施例４ ポリスチレンフィルム、35×12×0.2mmのものを実施例１のよう 例２参照）で次のようにして被覆した。 Ａ：フィルムを一度20％スラリー中に２秒間浸漬し、続いて３分間風乾し、次 いで実施例１のようにしてフィルムを洗浄する； Ｂ：フィルムを一度20％スラリー中に２秒間浸漬し、続いて３分間風乾し、こ の手順を２回繰り返し、次いで実施例１のようにしてフィルムを洗浄する； Ｃ：フィルムを一度50％スラリー中に２秒間浸漬し、続いて３分間風乾し、次 いで実施例１のようにしてフィルムを洗浄する； Ｄ：フィルムを一度50％スラリー中に２秒間浸漬し、続いて３分間風乾し、こ の手順を１回繰り返し、次いで実施例１のようにしてフィルムを洗浄する； Ｅ：フィルムを一度70％スラリー中に２秒間浸漬し、続いて３分間風乾し、次 いで実施例１のようにしてフィルムを洗浄する。 フィルムを顕微鏡で検査すると次の被覆の順序を示した：Ｄ＞Ｅ、Ｃ＞Ｂ＞Ａ 実施例５ Ａ．ストレプトアビジンが結合したアガロースビーズ（SA-ビーズ）の製造 ストレプトアビジン（Immunopure Streptavidin，Pierce，Rockford，IL，U． S．A．；ストレプトアビジンは分子量約60,000のタンパク質であり、４つのサブ ユニットからなり、それぞれはビオチ Pharmacia LKB Biotechnology AB，Uppsala，Sweden：球状、多孔 dp₅₀＝34μｍ、タンパク質の結合のためＮ−ヒドロキシスクシンイミドで予め活 性化されている）に結合させた。２mgのストレプトアビ に従ってアガロースビーズ１mlと結合させた。これは、33pmolストレプトアビジ ン／μｌビーズに相当する。 Ｂ．SA-ビーズを用いたフィルムのコーティング ポリスチレンフィルム、９×４×0.2mmのものを実施例１のようにして洗浄し た。フィルムをアセトン中SA-ビーズの撹拌されたスラリー、75％スラリー中に ３mmの深さに２秒間浸漬することによって、各フィルムの一部を上記Ａで製造さ れたSA-ビーズで被覆した。 空気中で10分間乾燥した後、捕捉されていないビーズを水でフラッシュして洗い 落とし、次いでフィルムを空気中で乾燥させた。 Ｃ．ビオチン結合能力の試験 （ｉ）上記Ａで製造されたSA-ビーズおよび（ii）上記Ｂで製造されたSA-ビー ズで被覆されたフィルムのビオチン結合能力を³H-標識化ビオチン（TRK 753，Am ersham，英国）を用いて測定した。SA-ビーズは115pmolビオチン／μｌ SA-ビー ズの能力を有していた。被覆されたフィルムは48pmolビオチン／フィルムの能力 を示した（被覆面積：26mm²、これは表面の一部がフィルムに面しているSA-ビー ズの約１μｌに相当する）。ストレプトアビジンなしでアガロースビーズで被覆 されたフィルムはビオチンの結合を示さなかった。 このことは、SA-被覆されたビーズの生化学的活性は本発明によりフィルムが 被覆された後に保持されていることを示している。 当然のことながら、本発明は上記の特別に記載された実施態様に限定されるも のではないが、多くの変更および改良は、以下の特許請求の範囲に示された一般 的な本発明の概念の範囲内で行うことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポリマーをベースとする表面の上層を、接着剤を使用することなく膨潤また は半溶解した状態に変換し、そして同時にかまたはその後でポリマーをベースと する表面を粒子と接触させることからなる、粒子でコーティングすることにより ポリマーをベースとする表面を改質する方法。 ２．ポリマーをベースとする表面を、前記粒子とポリマーをベースとする材料を 膨潤または溶解することができる溶媒との混合物と接触させ、次いで表面を乾燥 することからなる、請求項１の方法。 ３．ポリマーをベースとする材料を膨潤または溶解することができる溶媒で表面 を処理し、処理した表面を乾燥形態の前記粒子と接触させ、次いで表面を乾燥す ることからなる請求項１の方法。 ４．ポリマーをベースとする表面を前記粒子混合物と接触させる前に、該表面を ポリマーをベースとする材料を膨潤または溶解することができる溶媒と接触させ る追加の工程を含む、請求項２の方法。 ５．粒子が多孔性である、請求項１〜４のうちいずれか一項の方法。 ６．粒子がクロマトグラフィー用の粒子である、請求項１〜５のうちいずれか一 項の方法。 ７．粒子の性質が、親水性、疎水性、アニオン交換性、カチオン交換性、生物学 的に活性、および次の結合のため予め活性化されている、から選ばれる請求項１ 〜６のうちいずれか一項の方法。 ８． ポリマーをベースとする材料が、ポリスチレン、ポリカーボネ ート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレートおよびポリエ チレンテレ フタレートコポリエステルから選ばれる請求項１〜７ のうちいずれか一項の方 法。 ９．溶媒がエステル、脂肪族および芳香族炭化水素、ハロゲン化炭 化水素、脂 肪族および芳香族アミン並びにケトンから選ばれる、 請求項１〜８のうちいず れか一項の方法。