KR102204598B1 - 래프트 중합에 의한 신규한 방오 기술 - Google Patents

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안토니 비. 브레난
캐리 에이. 컬리아사
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유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 아이엔씨.
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Abstract

유도된 생체접착 코팅, 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법, 및 생체접착 코팅을 유도하는 방법이 제공된다. 특히, 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법은 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계, 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT)의 연쇄 이동제와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계, 및 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

래프트 중합에 의한 신규한 방오 기술
연방정부에 의해 지원된 연구 또는 개발과 관련한 언급
본 발명은 미해군 연구(Naval Research)의 해군/오피스(Navy/Office)에 의해 수여된 N00014-13-1-0443 하에서 정부 지원으로 만들어졌다. 정부는 본 발명의 일부 권리를 갖는다.
기술 분야
현재-개시된 발명은 유도된(directed) 생체접착(bioadhesion) 코팅 및 이를 형성하는 방법 및 이를 이용하는 방법에 대체로 관한 것이고, 더욱 특히 생체접착을 유도하기 위해 화학적 패턴을 포함하는 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다.
생물오손(biofouling)은 해양 내의(submerged) 선체 표면(marine surface) 상에 해양 유기체가 정착(settling), 부착(attaching), 및 성장한 결과이다. 생물오손 과정은 용해된 유기 물질의 흡수에 의해 해양 환경 내에 잠기는 표면에 대해 수 분 내에 개시되며, 이는 조절막(conditioning film)의 형성을 초래한다. 조절막이 적층되면, 세균 (예를 들면 단세포성 조류(unicellular algae))가 잠수 후 몇 시간 내에 표면을 콜로니화시킨다(colonize). 세균의 콜리니화로부터 생성되는 얻어진 바이오막은 미세오염(microfouling) 또는 슬라임(slime)이라 지칭되고 500 ㎛와 유사한 두께에 도달할 수 있다.
생물오손은 미해군의 선박의 수력학 항력(hydrodynamic drag)을 증가시킴으로써, 미국 해군 단독으로만 10억 $를 넘게 지출하는 것으로 추정된다. 이는 결국 미해군 선박의 범위(range), 속력, 및 기동성(maneuverability)을 감소시키고, 연료 소비를 30-40%까지 증가시킨다. 따라서, 생물오손은 국가 방어력을 약하게 한다. 또한, 생물오손은 또한 상업적 해운(shipping), 여가용 선박(recreational craft) 뿐만 아니라 토목 구조물(civil structure), 다리 및 전력 생산 시설에도 중대한 환경적 부담이다.
물과 정기적으로 접촉하는 임의의 기판은 오염될 가능성이 높다. 오염에 완전히 내성인 표면은 발견되지 않았다. 바이오막을 형성하는 방대하게 다양한 해양 유기체로 인해, 모든 관련된 해양 유기체에 대한 바이오막 형성 예방을 위한 고정된 표면 특성을 갖는 단일 표면 코팅의 개발은, 불가능한 작업은 아닐지라도, 어렵다.
폴리(디메틸 실록산) 엘라스토머(Poly(dimethyl siloxane) elastomer; PDMSe)은 이의 광학적 투명성, 산소 투과성, 및 낮은 가격에 더하여, 생물학적인 환경 내에서 이의 상대적인 생체적합성(biocompatibility) 및 화학적 안정성으로 인해, 미세유체공학(microfluidics), 전기영동분리(electrophoretic separation), 및 의료 장치에서 활용되는 아주 범용의(ubiquitous) 중합성 물질이다. PDMSe는 소프트 리소그래피(soft lithography), 생물오손 연구, 및 미세유체설계를 위한 다양한 미세지형(microtopography)으로 물리적으로 양각을 만들기에(emboss) 용이하고, 이는 이의 낮은 표면 자유 에너지 (surface free energy; SFE), 즉 소수성과 결합된 낮은 모듈러스(modulus)로 인해 오염 방출 표준(fouling release standard)으로 흔히 사용되며, 상기 소수성은 이의 표면에 일부 유기체의 생체접착을 제한한다. 그러나, 이러한 분야에서 이의 이용가능성을 제한하는 몇 가지 단점, 예를 들면 비-특이적인 단백질 접착에 대한 이의 높은 민감성(susceptibility), 많은 해양 유기체, 예를 들면 규조류(diatoms)에 의한 오염, 및 마이크로유체 내에서 습윤/접착 어려움이 있다.
따라서, 단백질 접착, 생물오손, 및 습윤/접착을 갖는 다른 문제점을 예방하는 조정된(tailored) 표면 특성을 갖는 유도된 생체접착 코팅에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명의 하나 이상의 구현예는 하나 이상의 전술한 문제점을 해결할 수 있다. 일 측면에서, 유도된 생체접착 코팅의 형성방법이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 형성방법은 기판의 표면 상에 그래프트(graft) 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 그래프트 단량체 층의 이산된(discrete) 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계; 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(reversible addition-fragmentation chain-transfer; RAFT)의 연쇄 이동제(chain transfer agent)와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계; 및 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅(grafting)하여 기판 상에 화학적 패턴(pattern)을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 유도된 생체접착 코팅이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 유도된 생체접착 코팅은 기판 및 상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하여, 상기 다수의 그래프트 중합체가 기판 상에 화학적 패턴을 정의하도록(define) 한다.
추가의 측면에서, 베이스(base) 표면 상에 생체접착을 유도하는 방법이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 방법은 상기 베이스 표면 상에 유도된 생체접착 코팅을 제공하는 단계를 포함한다. 유도된 생체접착 코팅은 기판 및 상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하여, 상기 다수의 그래프트 중합체가 기판 상에 화학적 패턴을 정의하도록 한다.
이제 첨부된 도면을 참고로 하여 일반적인 관점에서 본 발명을 설명할 것인데,, 첨부된 도면들은 반드시 비례 축소되어(scale) 그려진 것은 아니다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 유도된 생체접착 코팅의 도식적인 다이어그램이다;
도 2는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법을 설명하는 블록 다이어그램이다;
도 3은 본 발명의 특정 구현예들에 따른 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법을 설명한다;
도 4는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 화학적 패턴의 원자힘현미경(atomic-force microscopy) 이미지의 집합이다;
도 5는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 폴리(아크릴아미이드)-g-PDMSe에 대한 UV 중합 시간의 효과를 설명한다;
도 6은 본 발명의 특정 구현예들에 따른 화학적 패턴에 대한 UV 중합 시간의 효과를 설명한다;
도 7a-d는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 RAFT 용액 중합 결과를 설명하는 그래프이다;
도 8은 본 발명의 특정 구현예들에 따른 합성된 중합체의 ATR-FTIR 분광이다;
도 9는 본 발명의 특정 구현예들에 따른 PDMSe 표면 상의 U. linza 부착밀도를 설명한다;
도 10은 본 발명의 특정 구현예들에 따른, 양성 및 음성 성장 대조군과 비교한, 시험 표면의 침출액(leachate) 독성 비교를 설명한다;
도 11은 본 발명의 특정 구현예들에 따른, 그래프팅된 그리고 비-그래프팅된 표면 상의 다양한 환경에 따른 N. incerta의 생물량(biomass)을 설명한다;
도 12는 본 발명의 특정 구현예들에 따른, 그래프팅된 그리고 비-그래프팅된 표면 상의 다양한 환경에 따른 C. lytica의 생물량을 설명한다;
도 13은 본 발명의 특정 구현예들에 따른 폴리(아크릴아미이드) 패턴된 PDMSe 기판 상의 U. linza의 조류 포자(algal spore) 부착을 설명한다.
본 발명은 이제 동반된 도면을 참고로 하여 이후부터 더 완전하게 설명될 것이고, 본 발명의 일부(전부가 아님) 구현예가 나타난다. 실제로, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 본 명세서에서 제시되는 구현예로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다; 차라리, 이러한 구현예들은 본 개시가 이용가능한 법적 필요조건을 만족하도록 제공된다. 유사한 숫자는 전체에 걸쳐서 유사한 구성을 인용한다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 그리고 첨부된 청구항 내에서, 단수 형태 "a", "an", "the"는 내용이 분명하게 다른 것을 지시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다.
본 발명은, 특정한 구현예에 따르면, 유도된 생체접착 코팅 및 이를 형성하는 방법 및 이를 이용하는 방법을 포함한다. 특히, 본 발명의 구현예는 생체접착을 유도하는 화학적 패턴을 포함하는 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다. 관련하여, 생성되는 유도된 생체접착 코팅은 단백질 접착, 생물오손, 및 습윤/접착을 갖는 다른 문제점을 예방하는 조정된 표면 특성을 갖는다.
본 명세서에서 논의되는 코팅 및 방법이 자주 생물오손 방지(anti-biofouling) 코팅으로 설명될지라도, 당업자는 생물오손을 예방하는 것이 코팅의 단지 하나의 응용일 뿐임을 이해할 것이다. 특히, 당업자는 이러한 코팅이 표면 상에 생체접착을 유도하기 위해 사용될 수 있음을, 예를 들면 생물오손 방지 특성 또는 세포 접착 및/또는 의도적인 생물오손(예를 들면 조직(tissue) 엔지니어링 응용에서)을 개선함으로써, 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 관련하여, 용어 "생물오손 방지(anti-biofouling)"가 본 명세서에서 사용될 지라도, 당업자는 용어 "생물오손 방지"가 단지 예시적인 목적으로, 용어 "유도된 생체접착", "접착-개선", "생체접착-영향(bioadhesion-affecting)", 및/또는 코팅의 목적하는 응용분야에 따라 이와 유사한 것으로 대체될 수 있음을 이해할 것이다.
I. 정의
본 출원의 목적을 위해, 하기 용어는 다음의 의미를 가질 것이다:
용어 "실질적인(substantial)" 또는 "실질적으로(substantially)"은 본 발명의 특정 구현예에 따라 구체화된 것과 같은 전체 양, 또는 대체로 그렇지만 본 발명의 다른 구현예에 따라 구체화된 전체 양은 아닌 것을 포괄할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "층(layer)"은 , X-Y 면 내에 존재하는 물질 유형 및/또는 기능의 일반적으로 인식가능한 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "기판(substrate)"은, 본 명세서에서 설명되는 발명의 특정 구현예에 따른 공정과 같은 공정이 일어나는 물질, 표면 또는 층을 주로 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 서로 교환적으로 사용되는 용어 "중합체(polymer)" 또는 "중합성(polymeric)"은, 동종중합체(homopolymer), 공중합체(copolymer), 예를 들면 블록, 그래프트, 랜덤 및 교차(alternating) 공중합체, 3원 중합체(terpolymers) 등, 및 이들의 블렌드 및 변형을 포함할 수 있다. 또한, 반대되는 구체적인 제한이 없는 한, 용어 "중합체" 또는 "중합성"은 모든 가능한 구조 이성질체; 기하 이성질체, 광학 이성질체 또는 거울상이성질체를 포함하나 이에 제한되지 않는 입체이성질체; 및/또는 이러한 중합체 또는 중합성 물질의 임의의 키랄성 분자 구조를 포함할 것이다. 이러한 구조는 이러한 중합체 또는 중합성 물질의 동일배열(isotactic), 규칙성교대배열(syndiotactic), 및 혼성배열(atactic) 구조를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 용어 "중합체" 또는 "중합성"은 다양한 촉매 시스템으로부터 만들어지는 고분자를 또한 포함할 것이고 이는 지글러-나타 촉매 시스템 및 메탈로센(metallocene)/단일-사이트 촉매 시스템을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
용어 "단량체(monomer)" 또는 "단량체의(monomeric)"은 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 단위로서, 다른 분자에 화학적으로 또는 초분자적으로(supramolecularly) 결합하여 중합체를 형성하는 임의의 분자를 주로 가리킬 수 있다.
용어 "그래프트(graft)" 또는 "그래프팅(grafting)"은 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 표면 상의 중합체 사슬의 첨가를 주로 가리킬 수 있다. 특히, 본 발명의 특정 구현예의 문맥에서, 용어 "그래프트" 또는 "그래프팅"은 중합체 사슬이 용액의 밖에서 표면 상에 흡수되는 "그래프팅 온투(grafting onto)" 메커니즘을 가리킬 수 있다. "그래프트" 또는 "그래프팅"의 정의는 그러나 "그래프팅 온투(grafting onto)" 메커니즘으로 제한되지 않고 당업자에 의해 이해되는 임의의 적절한 그래프팅 메커니즘을 포함할 수 있다.
용어 "살균제(biocidal agent)"는 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 화학 또는 생물학적 수단에 의해 임의의 해로운 유기체 상에 조절 효과(controlling effect)를 부과하거나, 무해하게 만들거나, 저지하거나 파괴하기 위해 의도된 임의의 화학 물질 또는 유기체를 주로 가리킬 수 있다. 관련하여, 용어 "살균제"는 다수의 살충제(pesticide) 및/또는 항균제(antimicrobial) 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 이는 살진균제(fungicide), 제초제(herbicide), 살조제(algicide), 연체동물살충제(molluscicide), 살균제(germicide), 항생제(antibiotic), 항세균제(antibacterials), 항바이러스제(antivirals), 항진균제(antifungals), 항원충약제(antiprotozoals), 및/또는 항기생충제(antiparasite) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
II. 유도된 생체접착 코팅 및 이를 형성하는 방법
본 발명에 따른 특정 구현예는 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법을 제공한다. 특정 구현예에 따르면, 상기 방법은 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계; RAFT 연쇄 이동제와 함께 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT) 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계; 및 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 도 1a에서 보여지는 것과 같이, 예를 들면, 생물오손 방지 코팅 (1)(RAFT 중합 전)은 기판 (22)의 표면 (26) 상에 위치한 제거된 구분된 구역을 갖는 그래프트 단량체 층 (24)을 갖는 기판 (22)을 포함한다. 그러나, 도 1b는, 다수의 그래프트 중합체 (28)가 기판(22)의 표면 (26) 상에 위치하도록 하는 RAFT 중합 및 그래프팅 후의 생물오손 방지 코팅 (1)을 설명한다.
도 2는 예를 들면 본 발명의 특정 구현예에 따른 생물오손 방지코팅을 형성하는 방법(10)을 설명하는 블록 다이어그램이다. 도 2에 나타난 것과 같이, 방법 (10)은, 작업 (11)에서 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계, 작업 (12)에서 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계, 작업 (13)에서 RAFT 연쇄 이동제와 함께 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT) 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계, 및 작업 (14)에서, 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 관련하여, 생성된 안티-생물오손 코팅은, 다수의 그래프트 중합체가 기판 상에 화학적 패턴을 정의하도록 하여 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체 및 기판을 포함한다.
도 3은 예를 들면 본 발명의 특정 구현예에 따른 안티-생물오손 코팅을 형성하는 방법 (10)을 설명한다. 도 3에서 나타난 것과 같이, 그래프트 단량체 층 (24) (예를 들면 단량체 용액)은 기판 (22) (예를 들면 벤조페논-담궈진(soaked) PDMSe 기판)의 표면 상에 위치할 수 있다. 도 3에서 설명되고 추가로 본 명세서에서 논의되는 것과 같이, 그래프트 단량체 층 (24)의 구별된 부분은 제거될 수 있고, 예를 들면 단량체 층 (24)를 포토마스크를 통해 UV 광에 노출되어, 기판 (22)를 노출시킴으로써, 제거될 수 있다. 그래프트 단량체 층 (24)의 남아있는 부분은 이어서 RAFT 중합을 통해 중합되어, 기판(22)에 그래프팅되어 화학적 패턴을 형성하는 다수의 그래프트 중합체 (26)를 형성할 수 있다. 관려하여, 그래프트 단량체 층 (24)의 부분의 선택적 제거 및 그래프팅 중합체 (26)의 기판 (22)에 대한 그래프팅의 조합은 기판 (22) 상에 화학적 패턴을 형성한다.
도 4는 예를 들면 본 발명의 특정 구현예에 따른 상이한 화학적 패턴의 원자-힘 현미경 이미지의 집합이다. 도 4에 나타난 것과 같이, 화학적 패턴은 실질적으로 다이아몬드-유사 패턴을 포함할 수 있다. 다이아몬드 패턴이 도 4에 나타난다고 하더라도, 화학적 패턴은 다이아몬드-유사 패턴으로 제한되지 않고 단백질 접착, 생물오손, 및 당업자에게 이해되는 것과 같은 습윤/접착을 갖는 다른 문제점에 적절한 임의의 화학적 패턴일 수 있다. 특히, 추가적인 패턴은 채널, 필러(pillar), 필러 및 삼각형, 사각형, 샤크렛 (Sharklet)® 기하학의 변형의 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 이는 예를 들면 본 명세서에서 참조로 포함되는 미국 특허 제7,117,807호, 제7,143,709호, 제7,650,848호, 제8,997,672호, 및 제9,016,221호 및 미국 특허출원번호 제12/616,915호 또는 이들의 조합에서 나타난다. 예를 들면, 샤크렛® 기하학의 변형은 특징(feature) 크기/간격(spacing), 독특한 특징의 숫자, 인접한 특징들간의 각도, 패턴 구불구불함(tortuosity), 또는 이들의 임의의 조합에 대한 변형을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 화학적 패턴 높이는 약 0.001 ㎛ 내지 약 100 ㎛일 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면 측면의 특징 크기/간격은 약 1 ㎛ 내지 약 10,000 ㎛일 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 기판은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리비닐 클로라이드, 폴리아마이드, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 관련하여, 기판은 이들 물질의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 기판은 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 실리콘 고무는 폴리(디메틸실록산) 엘레스토머 (PDMSe)를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 예를 들면, 기판은 폴리아마이드를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 예를 들면, 폴리아마이드는 다양한 나일론의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 그래프트 단량체 층은, 예를 들면 나중에 기판의 표면을 그래프팅 온투하는 단량체 용액을 통해, 기판의 표면에 위치한, 중합을 의도한 단량들의 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 그래프트 단량체 층은 아크릴레이트 단량체, 메타크릴레이트 단량체, 비닐 아세테이트, 아크릴로나이트릴, 아크릴아미이드, 아크릴산, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 관련하여, 그래프트 단량체 층은 이러한 물질들의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 그래프트 단량체 층은 플루오로아크릴레이트(fluoroacrylate) 또는 실록산 아크릴레이트(siloxane acrylate)의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 예를 들면, 그래프트 단량체 층은 아크릴아마이드, 아크릴산, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트 (hydroxyethyl methacrylate; HEMA), (3-아크릴아마이도프로필) 트리메틸암모늄 ((3-acrylomidopropyl) trimethylammonium; APTA), 부틸 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 아크릴로일 클로라이드, (2-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트 ((2-dimethylamino)ethyl methacrylate), 메타크릴산, 에틸렌 글리콜 메틸 에테르 아크릴레이트 (ethylene glycol methyl ether acrylate), 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트 (diethylene glycol methyl ether methacrylate), 폴리(에틸렌) 메틸 에테르 아크릴레이트 (poly(ethylene) methyl ether acrylate), 3-설포프로필 아크릴레이트 소듐 염 (3-sulfopropyl acrylate sodium salt), [2-(메타크릴로일옥시)에틸]디메틸-(3-설포프로필)암모늄 하이드록사이드 ([2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide), [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 ([2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride), [2-(아크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 ([2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride), [3-(메타크릴로일아미노)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드 ([3-(methacryloylomino)propyl]trimethylammonium chloride), 3-(아크릴아마이도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드 (3-(acrylomidopropyl)trimethylammonium chloride), 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 단계는 포토리소그래피(photolithography)를 통해 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, UV 방사를 블록킹(blocking)하기 위해 고안된 이산된 부분을 갖는 포토마스크는 그래프트 단량체 층 위에 위치되어, 그래프트 단량체 층이 UV 조사를 겪을 때, 포토마스크에 의해 UV 방사로부터 블로킹되지 않는 그래프트 단량체 층의 일부는 제거되지 않는다.
특정 구현예에 따르면, 리빙(living) 사슬-성장된 중합 (chain-grown polymerization) (예를 들면 RAFT)는 중합체 분자량, 분자량 분산도(dispersity), 및 사슬 구조(chain architecture)의 정확한 조절을 위한 빠르고 가역적인 전파/종결 반응을 제공할 수 있다. RAFT 중합은 매우 다양한 단량체 및 용매와 작용할 수 있는 이의 능력 때문에, 특히 사용될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 것과 같이, RFAT 연쇄 이동제는 표적 단량체/용매 조합에 일치하도록 선택될 수 있다. 관련하여, 생성된 중합체 분자량은 반응 조건 및 초기 RAFT 연쇄 이동제의 단량체 농도에 대한 상대적인 비율에 의해 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 당업자가 이해할 수 있는 것과 같은 임의의 적절한 RAFT 연쇄 이동제가 사용될 수 있다고 하더라도, 예를 들면, RAFT 연쇄 이동제는 2-(1-카복시-1-메틸-에틸설파닐티오카보닐설파닐)-2-메틸-프로판산(2-(1-carboxy-1-methyl-ethylsulfanylthiocarbonylsulfanyl)-2-methyl-propionic acid; CMP)을 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, RAFT 연쇄 이동제 농도에 대한 단량체 농도의 비율은 약 100:1 내지 약 2000:1을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 예를 들면, RAFT 연쇄 이동제 농도에 대한 단량체 농도의 비율은 약 120:1 내지 약 800:1을 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, RAFT 연쇄 이동제 농도에 대한 단량체 농도의 비율은 150:1 이상일 수 있다. 이와 같이, 특정 구현예에서, RAFT 연쇄 이동제 농도에 대한 단량체 농도의 비율은 최소(at least) 약 100:1, 105:1, 110:1, 115:1, 120:1, 및 150:1 및/또는 최대(at most) 약 2000:1, 1900:1, 1800:1, 1700:1, 1600:1, 1500:1, 1400:1, 1300:1, 1200:1, 1100:1, 1000:1, 900:1, 및 800:1 중 임의의 것을 포함할 수 있다(예를 들면, 약 120-1600:1, 약 150-900:1, 등). 예시적인 RAFT 중합은 아래 반응식 1에서 나타난다:
[반응식 1]
Figure 112018128123910-pct00001
반응식 1: 완충액 첨가되지 않은 탈이온수(DI water) 중 [M]o= 3 M, [I]o= 3.75 mM, [M]o:[CTA]o= 800-120:1에서 4가지 가능한 단량체들에 따른 상이한 중합체들을 합성하기 위해 사용된 용액 RAFT 광중합 전략. 제조된 중합체는 P(AAm), P(AAm-co-AAc), P(AAm-co-AAc-co-HEMA), 및 P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA)을 포함한다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, RAFT 중합은 단량체로부터 중합체로의 퍼센트 전환율 약 25 내지 약 99%를 발생시킬 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 단량체의 중합체로의 퍼센트 전환율은 약 30 내지 99%일 수 있다. 다른 구현예에서, 예를 들면, 단량체의 중합체로의 퍼센트 전환율은 약 50 내지 99%일 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 단량체의 중합체로의 퍼센트 전환율은 약 70 내지 99%일 수 있다. 이와 같이, 특정 구현예에서, 단량체의 중합체로의 퍼센트 전환율은 최소 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 및 70% 및/또는 최대 약 99% 중 임의의 것일 수 있다 (예: 약 65-99%, 약 70-99%, 등).
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 중합체는 수 평균 분자량 (number average molecular weight) (Mn) 약 1 내지 약 85 kg/mol을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 따르면, 예를 들면, 중합체는 Mn 약 10 내지 약 60 kg/mol을 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에 따르면, 예를 들면, 중합체는 Mn 약 20 내지 약 50 kg/mol을 포함할 수 있다. 이와 같이, 특정 구현예에서, 중합체는 최소 1, 5, 10, 15, 및 20 kg/mol 및/또는 최대 약 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 및 50 kg/mol 중 임의의 Mn을 포함할 수 있다 (예를 들면, 약 15-75 kg/mol, 약 20-85 kg/mol, 등).
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 다수의 그래프트 중합체는 자외선 (UV) 개시되는 그래프팅을 통해 기판 상에 그래프팅될 수 있다. 다른 구현예에서, 그러나, 그래프팅은 다른 임의의 적절한 방법을 통해 발생할 수 있고, 다른 임의의 적절한 방법은 코로나 방전(corona discharge), 산소 플라즈마(oxygen plasma), UV/오존, 실란 커플링, 산/염기 처리, 및/또는 당업자에 의해 이해되는 다른 임의의 자유 라디칼 개시제 공급원을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, UV으로 개시되는 그래프팅은 하나 이상의 방향족 케톤, 예를 들면 벤조페논(benzophenone)을 활용하여, 수소를 빼내(abstract), 표면 앵커링(anchoring)된 라디칼 종을 생산할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, UV으로 개시되는 그래프팅 공정의 일부로서, 다수의 그래프트 중합체는 약 4 내지 약 30분의 처리 시간 동안 UV 광에 노출될 수 있다. UV 광 노출을 위한 이상적인 시간은 UV 광의 세기, 표적 생물오손 유기체, 및/또는 표적 패턴 형태 및 크기, 등을 포함하는, 몇 가지 변수로 인해 변화될 수 있다. 샘플 UV 그래프팅 메커니즘은 아래의 반응식 2에서 나타난다:
[반응식 2]
Figure 112018128123910-pct00002
반응식 2: PDMSe에 대한 UV RAFT 광그래프팅 전략. (A) UV 조사에 의한 BP의 삼중항 상태 ([T])로의 여기(Excitation)로서, 이것은 그 결과 PDMSe의 메틸 기로부터 수소를 빼내, 표면 라디칼 및 세미피나콜(semipinacol) 라디칼을 형성할 수 있다. (B) 반응식 1에서 나타난 것과 같은 동일한 프리-폴리머(pre-polymer) 용액을 이용하여 다양한 그래프트 조성물을 제조하는 RAFT 광그래프팅 과정. 이러한 반응식에서 묘사된 샘플은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe이다. 트리티오카보네이트(trithiocarbonate) 중심은 간단함을 위해 나타내지 않는다.
도 5 및 6은, 예를 들면, 본 발명의 특정 구현예에 따른 화학적 패턴에 대한 UV 중합 시간의 효과를 설명한다. 도 5에서 나타난 것과 같이, UV 노출 시간을 P(AAm)-g-PDMSe 샘플 내에서 증가시킴에 따라, 기판 상의 중합체 사슬의 높이가 증가했다. 높이가 증가됨에 따라, 패턴의 부분들 간의 측면 거리가 감소했고, 덜 분명하게 정의된 패턴을 발생시켰다. 도 6은 증가된 UV 시간에 따른, 중합체 성장의 진행 및 패턴 왜곡(distortion)의 더 분명한 이미지를 제공한다. 특히, 도 6의 왼쪽 이미지에서, 패턴 정확도(fidelity)는 짧은 중합 시간에서 유지된다. 도 6의 중간 이미지는 UV 시간을 증가시키는 것이 어떻게 특징 높이를 증가시키고 특징 너비에서 상응하는 증가를 갖는 지를 설명한다. 마지막으로, 도 6의 오른쪽 이미지는 임계 UV 중합 시간에서, 특징 너비 내 성장은 특징이 함께 융합되는(merge) 것을 야기한다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 생물오손 방지 코팅은 추가로 살균제를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 살균제는 다수의 그래프트 중합체의 일부로서 또는 이와 함께 기판에 그래프팅 될 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 살균제는 다수의 살충제 및/또는 항균제 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 이는 살진균제, 제초제, 살조제, 연체동물살충제, 살균제, 항생제, 항세균제, 항바이러스제, 항진균제, 항원충약제, 및/또는 항기생충제 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 특히, 살균제는 임의의 숫자의 단량체, 공중합체, 삼성분 공중합체(ternary copolymers), 및/또는 살균 특성을 갖는 유사한 것을 포함할 수 있고, 예를 들면 사차 암모늄 염을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 살균제로서 사용될 수 있는 사차 암모늄 염의 예시는 [2-(아크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드([2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) 용액, 도데실트리메틸암모늄 메타크릴레이트 (dodecyltrimethylammonium methacrylate), 헥사데실트리메틸암모늄 아크릴레이트 (hexadecyltrimethylammonium acrylate), [3-(메타크릴로일아미노)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드([3-(methacryloyoamino)propyl]trimethylammonium chloride) 용액, [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 ([2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) 용액, [3-(메타크릴로일아미노)프로필]디메틸(3-설포프로필)암모늄 하이드록사이드 내부 염 ([3-(methacryloylamino)propyl]dimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt), (비닐벤질)트리메틸암모늄 클로라이드 ((vinylbenzyl)trimethylammonium chloride), (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄 클로라이드 ((3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride; APTA), 벤즈알코늄 클로라이드 (benzalkonium chloride), 벤즈에토늄 클로라이드 (benzethonium chloride), 메틸벤즈에토늄 클로라이드 (methylbenzethonium chloride), 세탈코늄 클로라이드 (cetalkonium chloride), 세틸피리디늄 클로라이드 (cetylpyridinium chloride), 세트리모늄(cetrimonium), 세트리미드(cetrimide), 도파늄 클로라이드 (dofanium chloride), 테트라에틸암모늄 브로마이드 (tetraethylammonium bromide), 디데실디메틸암모늄 클로라이드 (didecyldimethylammonium chloride), 도미펜 브로마이드 (domiphen bromide), 및/또는 C16-C26 알킬 사슬을 갖는 사차 암모늄 염, 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
특정 구현예에 따르면, 그리고 본 명세서에서 논의되는 것과 같이, 생물오손 방지 코팅은 기판의 표면에 그래프팅된 다수의 중합체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 다수의 중합체는 분자량 (Mw) 약 1 내지 약 200 kg/mol을 포함할 수 있다. 특정 구현예에 따르면, 생물오손 방지 코팅의 표면 에너지는 그래프트 화학에 의존할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 생물오손 방지 코팅은 표면 에너지 약 23 내지 약 70 mJ/m2을 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 다수의 중합체는 약 1.50 미만의 분산도 (Ð)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 중합체는 약 1.00 내지 약 1.15의 Ð를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 중합체는 약 1.01 내지 약 1.13의 Ð를 포함할 수 있다. 이와 같이, 특정 구현예에서, 중합체는 최소 1.00 및 1.01 및/또는 최대 약 1.50, 1.45, 1.40, 1.35, 1.30, 1.25, 1.20, 1.15, 1.14, 및 1.13 중 임의의 것인 분산도(Ð)을 포함할 수 있다(예를 들면 약 1.00-1.40, 약 1.01-1.14, 등).
III. 생체접착을 유도하는 방법
또다른 측면에서, 본 발명에 따른 특정 구현예는 베이스(base) 표면 상에 생체접착을 유도하는 방법을 제공한다. 특정 구현예에 따르면, 상기 방법은 베이스 표면 상에 유도된 생체접착을 제공하는 단계로서, 상기 유도된 생체접착 코팅이 기판 및 상기 기판 상에 그래프팅 된 다수의 그래프트 중합체를 포함하도록 하는 것인, 단계를 포함한다. 앞서 논의한 것과 같이, 상기 다수의 그래프트 중합체는 기판 상에 화학적 패턴을 정의한다.
특정 구현예에 따르면, 베이스 표면은 배 선체(boat hull), 다리, 전력 생산 시설, 의료 임플란트 (예를 들면 정형외과적 보형물(orthopedic prosthesis), 인공 심장 판막(artificial heart valve), 인공 혈관 이식(artificial vascular graft), 등), 및/또는 미용 임플란트 (예를 들면 유방 임플란트(breast implant)) 등을 포함할 수 있다. 베이스 표면의 예시들이 본 명세서에서 나열되어 있다고 하더라도, 베이스 표면은 당업자에게 이해되는 생물오손에 대한 임의의 표면 대상일 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 생물오손은 수많은 유기체들의 결과로서 발생할 수 있다. 이러한 유기체의 예시는 구조류 (예를 들면 Navicula incerta), 조류 (예를 들면 Ulva linza), 세균 (예를 들면 Cellulophaga lytica), 따개비류(barnacles), 갑각류(crustaceans), 서관충(tubeworms), 및/또는 홍합(mussels)을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 생물오손 방지 코팅의 화학은 표적 유기체에 대한 이의 효능에 기초하여 선택될 수 있고, 특정한 화학적 패턴이 화학의 효능을 증가시키기 위해 유사하게 선택될 수 있다. 유사하게, 생물오손 방지 코팅의 화학 및 특정한 화학적 패턴은 생물오손 방지 코팅의 산업 및/또는 이용을 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 화학 및 화학적 패턴은 해양, 의학, 및 마이크로유체 응용 중에서 상이할 수 있다.
실시예
다음의 실시예는 본 발명의 하나 이상의 구현예를 설명하기 위해 제공되고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
백금-촉매화된 (Platinum-catalyzed) Xiameter® RTV-4232-T2 2개-부분 PDMS 수지를 Dow Corning으로부터 구매했고, 보로실리케이트 현미경 유리 슬라이드 (borosilicate microscope glass slides) (76 mm x 25mm x 1mm)를 Fisher Scientific로부터 구매했고, 융합된 석영 플레이트 (fused quartz plates) (그라인딩(grinding)되고 폴리싱(polishing)됨, 3.5 인치(in) x 3.5 인치 x 0.062 인치)를 Technical Glass Products로부터 구매했다. 아크릴산 (200 ppm의 모노에틸 에테르의 하이드로퀴논(monomethyl ether of hydroquinone; MEHQ)을 갖는 99 wt. %) (AAc), 아크릴아마이드 (>99 wt.%) (AAm), 하이드록시에틸 메타크릴레이트 (250 ppm MEHQ을 갖는 97 wt. %) (HEMA), (3-아크릴아마이도프로필) 트리메틸암모늄 클로라이드 용액 (3000 ppm MEHQ을 갖는 H2O 중의 75 wt.%) (APTA), 및 벤조페논 (≥99 wt.%) (BP)를 Sigma-Aldrich로부터 구매했다. 1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-온 (1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propane-1-one)(Irgacure 2959)을 Ciba로부터 구매했다.
2-(1-카복시-1-메틸-에틸설파닐티오카보닐설파닐)-2-메틸-프로판산) (2-(1-Carboxy-1-methyl-ethylsulfanylthiocarbonylsulfanyl)-2-methyl-propionic acid; CMP)을 합성했다. 요약하면, 헥산 (40 mL) 중의 4.5 mM 아세톤, 4.5 mM 클로로포름, 1.8 mM 카본 디설파이드(carbon disulfide), 및 0.0178 mM 테트라부틸 암모늄 클로라이드 용액을 제조했다. 얼음 배스에서 냉각된 반응 혼합물에, 물 (20 mL) 중의 25 mM NaOH 용액을 90분 동안 아르곤 하에서 교반하면서 적가했다. 이어서 혼합물을 12시간 동안 반응시켰고 그 후 형성된 고체를 ~180 mL의 탈이온수의 첨가에 의해 용해시켰다. 다음, ~20 mL의 12.1 M 염산을, 용액의 pH가 pH=2 미만으로 절대 떨어지지 않음을 보정하면서, 혼합물에 적가했고, 아르곤 하에서 교반하면서 30분 동안 반응시켰다. 생성된 노란색 고체를 여과하고, 탈이온수로 세척하고 아세톤으로부터 3번 재결정화에 의해 정제했다. CMP 구조를 FTIR 및 13C-NMR에 의해 확인했다.
AAm을 클로로프름으로부터 3번 재결정화하고, 진공 건조했고, BP를 아세톤으로부터 3번 재결정화하고 진공 건조했다. 모든 다른 물질을 제조업자로부터 받은 대로 사용했다. 탈이온(DI)수 (18.2 MΩ-cm)를 내부적으로(in-house) 제조했다 (Millipore Milli-Q).
탈이온수 중의 3 M 단량체, 253.75 mM CMP (800-120:1 [M]o:[CMP]o), 및3.75 mM Irgacure 2959로 구성된 프리-폴리머 용액을 제조했다. 선택된 단량체는 AAm, AAc, HEMA, 및 APTA을 포함했고 공-단량체(co-mononer) 용액은 각각의 단량체의 동일한 몰 비율을 사용했다. 전체 4개의 중합체를 제조했다: P(AAm), P(AAm-co-AAc), P(AAm-co-AAc-co-HEMA), 및 P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA). 50 ㎕ 에탄올 /1 mL 용액을 프로-폴리머 용액에 CMP 농도 ≥150:1 [M]o:[CTA]o으로 가하여 CMP를 완전히 용해시켰다.
10.01 ± 0.61 mW/cm2을 출력하는 Osram ULTRA VITALUX UVA/UVB 전구(300 W, 230 V) 를 갖춘 Lesco CureMax FEM1011 UV 경화 시스템을 모든 중합에서 사용했다. UHP N2 기체로 버블링(bubbling)함으로써 프리-폴리머 용액을 >30 분 동안 기체 제거하고(de-gas), 1-2 mL의 0.45 ㎛ 여과된 용액을, 처리 시간을 변화시키기 위해 1.55 mm 스페이서에 의해 분리된 석영 플레이트들 사이에서 UV 처리하였다. 생성된 중합체/단량체 용액을 탈이온수로 플레이트로부터 광범위하게 세척하고, 2일 동안 탈 이온수 중에서 투석(3.5 kg/mol MWCO)에 의해 정제하고, 40 ℃에서 회전 증발을 통해 건조시켰다. 중합체 % 전환율을 중량측정으로(gravimetrically) 추산했다.
PDMSe을 제조했고 유리 현미경 슬라이드에 부착해서, 유리에 부착된 ~600 ㎛ 두께 PDMSe 필름을 생성시킨다. PDMSe가 코팅된 현미경 슬라이드를 아세톤 및 에탄올로 3번의 연속적인 세척에 의해 깨끗이 하고 이어서 UHP N2 기체로 건조시켰다. 샘플을 30분 동안 메탄올 중의 BP의 10 % (wt. %) 용액 중에 담그고, 메탄올로 가볍게 세척하고 (1-2 초), UHP N2로 건조시켰다. BP 코팅된 PDMSe 슬라이드를 4 1.55 mm 고무 스페이서를 함유하는 유리 플레이트 상에 위치시키고, 1 mL의 기체 제거된 0.45 ㎛ 여과된 프리-폴리머 용액 (앞서 논의한 것과 같음)을 샘플 표면 상에 피펫팅(pipetting)했다. 석영 플레이트를 4개의 스페이서 상에 위치시켜, PDMSe 샘플에 대한 얇은 프리-폴리머 층을 형성하는 용액을 균등하게 분포시켰다. 샘플을 설정된 양의 시간 동안 UV 조사에 의해 광그래프팅시켰고 이어서 제거했다. 생성된 벌크(bulk) 중합체/단량체 용액을 수집했고 앞서 논의한 것과 같은 방식으로 정제했다.
PDMSe로부터 모든 비-반응된 단량체, 비-그래프팅된 중합체, 및 남아있는 BP의 제거를 보장하기 위해, 광그래프팅된 PDMSe 샘플을 탈이온수(160 mL, 4번의 교체된 탈이온수) 중에서 24시간 동안 세척하고, 2시간 동안 메탄올 중에서 초음파처리하고(sonicate)(160 mL, 1번 교체된 메탄올), 55℃에서 2시간 동안 탈이온수 중에서 초음파처리했다(160 mL, 1번 교체된 메탄올). 그래프팅된 PDMSe 샘플을, 프리-폴리머 용액 중에서 활용되는 단량체에 의해 나타내는 중합체 그래프트 지명(designation)을 이용하여, P(공단량체)-g-PDMSe로 이름 붙인다.
miniDAWNTM TREOS 다중-각도(multi-angle) LS 시스템 (Wyatt Technologies), 2414 시차 굴절률 검출기 (differential refractive index (dRI) detector) (Waters Corporation), 및 0.5 mL/min의 유속 및 2.5 mg/mL의 농도에서 수성 0.1 M NaNO3 중의 Ultrahydrogel 250 칼럼 (Waters Corporation)을 이용하여, 정제된 중합체의 GPC를 수행했다. 80 kg/mol 초과의 MW's을 갖는 중합체를, Viscotek A5000 칼럼 (Malvern)와 함께 Ultrahydrogel Linear 칼럼 (Waters corporation)을 이용해 분석했다. MW 계산을 ASTRA 6.1 소프트웨어 (Wyatt Technologies)을 이용해 수행하고, 분석을 PEO 표준 (20 kg/mol < MP < 72 kg/mol, Ð < 1.1) (Agilent)을 이용해 증명했다. 중합체 dn/dc을 dRI 검출기에 의해 100% 전환율로 가정하여 추산했다.
게르마늄 결정이 구비된 Nicolet 6700 FT-IR 분광기 (Thermo-Fisher Scientific)을 이용하여 ATR-FTIR 분광학을 수행했다. 스펙트럼 당 전체 32개의 4 cm-1의 분해율(resolution), 0.482 cm-1의 데이터 간격, 및 4.00±0.25의 최대 피크 배경 인터페로그램(interferogram) 값을 갖는 스캔을 얻었다. 공기 중의 배경 스펙트럼을 수집했고 각 샘플의 수집된 스펙트럼으로부터 뺐다(subtract). 컴퓨터 구비된(computerized) 실린지 펌프에 연결된 주사를 통해 샘플 표면에 적용된 5 ㎕ 탈이온수 액적을 이미지화하기 위한, 5 mm 관측시야(field of view) (Edmund Optics)를 갖는 150x 렌즈(Edmund Optics)를 활용한 주문 설계된(custom designed) 고니오미터(goniometer) 시스템을 이용하여, 정적 물 접촉각 (Static water contact angle; CA)을 수행했다. 이미지 J 분석을 사용하여 액적의 접촉각을 계산했다. 코팅 종류/그래프트 환경 당 적어도 3개의 표면(N=3)으로 표면 당 5개의 액적 (n=5)을 수행했다. ScanAsyst® 플루이드+ 팁(fluid+ tips) (Bruker)을 이용하여 탈이온수 중에서, 그리고 ScanAsyst® 모드를 이용한 ScanAsyst® 공기 팁(air tips) (Bruker)을 이용하여 대기 공기(atmospheric air) 중에서, 잠긴 수화된 샘플의 표면 지형학을 분석하기 위해 Dimension Icon AFM (Bruker)을 사용하였다. 나노현미경 분석 소프트웨어(NanoScope Analysis software) (Bruker)을 이용하여 모든 AFM 스캔을 시각화했고 표면 나노거칠기(nanoroughness)을 계산했다.
변화하는 [M]o/[CMP]o에서 AAm, AAc, HEMA, 및 APTA의 공중합체의 UV-개시된 용액 중합을 수행하여, 표 1에서 나타난 것과 같이, 수성 UV 환경 하에서 RAFT CTA로서 CMP의 효능(effectiveness)을 판단했다.
표 1. 20분의 일정한 UV 시간에서 수성 RAFT 용액 중합 데이터.
Figure 112018128123910-pct00003
P(AAm) 및 P(AAmAAc)은 성공적인 RAFT 중합을 나타내는 높은 전환율 및 낮은 Ð (≤1.13) 뿐 아니라, 이론적으로 예측된 Mn와 잘 맞는 잘 제어된 Mn을 형성했다. HEMA의 단량체 시스템으로의 첨가는, 거의 아마도 메타크릴레이트 및 아크릴레이트 기의 상이한 재-개시(re-initiation) 및 분획화(fragmentation) 효율로 인해, 이론적인 값과 비교하여 실험적인 Mn을 현저하게 증가시켰다. 그러나, Ð는 낮게 유지되었고 [CTA]o을 변화시킴으로써 Mn의 전반적인 조절이 비조절된, 현재 사용되지 않는(non-living) 기술보다 우수하다. 또한, P(AAm-co-AAc-co-HEMA)에서 얻어진 전반적인 % 전환율 값은 다른 단량체 시스템을 이용하여 수행된 유사한 실험보다 낮았고, 이는 HEMA가 더 높은 종결 속도를 유도할 수 있음을 제시한다. APTA의 공중합체로의 혼입은 P(AAm) 및 P(AAm-co-AAc)로 보여지는 수준으로 전환율과 Mn 조절을 다시 증가시켰고 이는 4개의 단량체 시스템조차도 튼튼한(robust) RAFT 방법을 통해 성공적으로 중합될 수 있음을 보여준다. [M]o/[CTA]o 비율을 감소시키는 것은 모든 중합체 시스템에서 최대 전환율을 감소시켰고, 이는 초과 CTA가 중합을 지연시킬 수 있음을 제시한다.
P(AAm), P(AAm-co-AAc-co-HEMA), 및 P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA) GPC 크로마토그램의 형태 및 분포는, 도 7a에서 보여지는 것과 같이, 현저한 초기 중합체 사슬 종결을 나타내는 숄더부(shoulder)를 갖지 않았다; 그러나, P(AAm-co-AAc)는 소량의 존재하는 더 높은 MW 중합체의 존재를 제시하는 미약한 숄더부를 보였고, 이는 아마도 2개의 성장하는 중합체 사슬들 간의 종결 반응으로 인한 것이다. 도 7b에 나타난 것과 같이, AAm, AAc, 및 HEMA의 중합에 대해 선형 유사 1차 동력학 (Linear pseudo first-order kinetics)을 관찰한다. 그러나, 더 높은 전환율의 AAm에서 일부 곡률(curvature)이 존재했고, 모든 중합은 ~3-4 분의 짧은 개시 기간을 보였다. AAc와 공중합된 AAm 및 AAm은 낮은 전환율에서 유사한 중합 속도를 가지고, 공중합체로 HEMA를 혼입하는 것은 반응을 느리게 한다. AAm의 중합이 거의 완전한 전환율 (>99%)이 달성했던 반면, P(AAm-co-AAc) 및 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)은 각각 83% 및 75% 전환율로 제한되었다. 전환율은 UV 처리 시간 >20분에 의해 추가로 증가되지 않았다.
AAm, AAc, 및 HEMA 공중합체 시스템에서 측정된 일정하게 낮은 Ð 값 또한 표 1 및 도 7c로부터 분명하다. 도 7d에서 보여지는 것과 같이, % 전환율을 갖는 Mn에서의 예상되는 직선 증가가 관찰되고 이는 성공적인 RAFT 중합의 또다른 지표이다; 그러나, 실험적인 Mn 값은 이론적인 예측으로부터 벗어난다. P(AAm) 및 P(AAm-co-AAc) 실험 값은 주로 이론적인 것보다 낮고 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)에서는 반대이다. 후에 더 자세히 논의될 것인 PDMSe에 그래프팅하는 것의 도전으로 인해, 유사한 동력학 시험은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA) 시스템에서 수행되지 않았다.
RAFT-합성된 공중합체의 ATR-FTIR 분석은, 도 8에 나타난 것과 같이, 각각의 단량체가 성공적으로 표적 중합체에 혼입되는 것을 확인시켜주었다. 모든 중합체는 중합체 백본(backbone)으로부터 ~2920 (CHX 비대칭 연신) and ~1450 cm-1 (CH2 연신)에서 흡수 피크를 가졌다. AAm는 ~3345 및 3194 cm-1 (-NH2 연신) 및 1664 및 1610 cm-1 (-CO-NH2 각각 연신 및 구부림(bend)) 흡수 피크를 통해 확인되었다. ~3300 (-OH 연신) 및 ~1709 cm-1 (-CO-OH 연신)에서 중심에 있는 새로운 흡수 피크는 AAc로부터 P(AAm-co-AAc) 중에서 발견되었고, HEMA의 혼입은 1158, 1080, 및 1020 cm-1 (C-O-C 연신) 및 1722 cm-1 (-CO-O-CH2- 연신)에서 새로운 피크를 통해 결정되었으며, 이는 1709 cm-1 AAc 피크와 중첩되어 서로 뒤엉킨(convoluted) 1716 cm-1 피크를 형성한다. 4개 성분 공중합체는 각각의 이전 피크에 더하여, APTA로부터 1558 cm-1 (CO-NH-C-) 및 1482 cm-1 (-N+-(CH3)3)에 중심이 있는 피크를 보였다.
실시예 2
도 9는 본 발명의 특정 구현예에 따른 PDMSe 표면 상의 U. linza 부착 밀도를 설명한다. 시험 코팅을 70% 이소프로필 알코올(IPA) 및 탈이온수 중에서 3번 세척에 의해 살균했다. 코팅을 시험 전 24시간 동안 0.22 ㎛ 여과된 인공 해수(seawater) (ASW) 중에서 평형으로 만들었다(equilibrate). 동포자(zoospore)를 U. linza의 성숙한 식물로부터 수득했다. 샘플을 함유한 quadriPERM 접시의 개별적인 구획(compartment)에 10 ml가 가해진 것으로부터 OD600 nm = 0.15(1.106 포자 ml-1에 당량)로 동포자의 현탁액을 제조했다. ~20 ℃에서 어둠 속에서 45분 후 ASW의 비커를 통해 10번 통과시켜 정착하지 않은 (즉 떠있는) 포자를 제거함으로써 슬라이드를 세척했다. 슬라이드를 ASW 중의 2.5% 글루타르알데하이드(glutaraldehyde)를 이용하여 고정시켰다. 표면에 부착된 동포자의 밀도를, Zeiss Axioskop 형광 현미경 (Zeiss, Oberkochen, 독일)에 부착된 AxioVision 4 소프트웨어 (https://www.zeiss.com/microscopy.html)을 이용하여 카운팅했다. 동포자를 클로로필(chlorophyll)의 자가형광(autofluorescence)에 의해 시각화했다. 코팅 종류 당 3개의 반복 슬라이드 상의 각각의 슬라이드 상에서 30개의 관측 시야에서 카운트를 만들었다. As-캐스팅된 PDMSe 코팅을 대조 표준으로 사용했다.
도 9에서 나타난 것과 같이, 모든 그래프팅된 표면은 우수한 생물오손 방지 능력을 증명했다. 특히, 도 9는 특정한 그래프트 화학이 부착 밀도에서 중대한 요소임을 설명한다. 그래프팅된 표면 1은 P(AAm)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 2는 P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 3은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe에 대응한다. 도 9에서 나타난 것과 같이, P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe로 만들어진 그래프팅된 표면은 생물오손에 대한 가장 좋은 보호를 제공하고, 잇달아 각각 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe 및 P(AAm)-g-PDMSe가 좋은 보호를 제공했다. 대조군 PDMSe 표면은 생물오손에 대한 아주 적은 보호를 제공했다.
유사하게, 도 13은 본 발명의 특정 구현예에 따른 폴리(아크릴아마이드) 패턴된 PDMSe 기판 상의 U. linza의 조류 포자 부착 밀도를 설명한다. 도 13에서, 삽입된 퍼센트는 PDMSe 부드러운 대조군에 대한 부착 밀도에서의 퍼센트 차이를 보여준다. 도 13에 나타난 것과 같이, P(AAm) 기판은 PDMSe 부드러운 대조군에 비해 부착 밀도에서 가장 큰 차이를 보였다.
실시예 3
도 10은 본 발명의 특정 구현예들에 따른, 양성 (성장 배지) 성장 대조군 및 음성 (트리클로산(triclosan)) 성장 대조군과 비교한 시험 표면의 침출액 독성 비교를 설명한다. 처리 코팅의 하룻밤 동안의 추출액(overnight extracts) (영양소를 갖는 ASW)에 구조류를 도입하고 클로로필의 형광을 통해 48시간 후 성장을 평가함으로써, N. incerta에 대한 샘플 침출액 독성을 평가했다(도 8). 양성 성장 대조군 (신선한 영양소 배지) 및 음성 성장 대조군 (배지 + 세균 + 6 ㎍/ml 트리클로산)에 대한 형광 비율로 코팅 침출액 내 성장을 보고했다. PCAgPDMS 샘플은 침출액 독성이 없는 것으로 보여졌다; 그러나, IS700 및 IS900 샘플은 7일 수돗물 담금에도 불구하고 약한 독성을 보였다. PCAgPDMS 코팅은 PDMSe 대조군에 비해 48시간 바이오필름 성장에 영향을 주지 않았지만, IS700 및 IS900은 아마 이들의 약한 독성으로 인해 줄어든 성장을 보였다. C. lytica에 대한 샘플 침출액 독성을 유사하게 평가했다. 도 10의 상단 그래프에서, 침출액은 N. incerta에 대해 시험되었고, 도 10의 하단 그래프에서 침출액은 C. lytica에 대해 시험되었다. 그래프팅된 표면 1은 P(AAm)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 2는 P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 3은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe에 대응한다. 도 10에 나타난 것과 같이, 그래프팅된 표면의 어떤 것도 독성 화합물의 침출의 신호를 보이지 않았다.
실시예 4
도 11은 본 발명의 특정 구현예들에 따라, 그래프팅된 그리고 비-그래프팅된 표면 상의 다양한 환경에 따른 N. incerta의 생물량을 설명한다. 특히, 도 11은 초기 부착, 10 psi 물 분사(jet)의 적용 및 20 psi 물 분사의 적용의 2시간 후 N. incerta의 생물량을 나타낸다. 샘플을 실시예 2에서 U. linza 동포자 정착(settlement)에서 사용한 것과 동일한 방법으로 살균했다. 코팅을 시험 전 24시간 동안 0.22 ㎛ 여과된 ASW 내에서 평형을 만들었다. 구조류 N. incerta의 세포를 250 ml 삼각 플라스크 내에 포함된 F/2 배지 중에서 배양했다. 3일 후 세포는 대수기(log phase) 성장에 있었다. 거둬들이기 전에 세포를 신선한 배지 중에서 3번 세척하고 희석하여 대략 0.25 ㎍ ml-1의 정도의 클로로필α를 갖는 현탁액을 제공했다. 초기 부착 측정에서, 실험실 밴치(laboratory bench)에서 ~20 ℃에서 10 ml의 현탁액을 포함하는 개별적인 quadriPERM 접시 내 각각의 코팅의 3개의 반복물(replicates) 상에 구조류는 정착했다. 2시간 후 슬라이드를 포함하는 quadriPERM 접시를 오비탈 쉐이커(orbital shaker) 상에서 5분간 쉐이킹에 노출시켰다 (60 rpm). 이어서 해수의 대야(basin) 내에 접시를 담그고 개별적인 슬라이드를 뒷방향 및 앞방향으로 6번 이동시켜서 떼어낸 세포들을 제거했다(담금 과정은 공기-물 계면을 통해 샘플이 통과하는 것을 피했음). 샘플을 ASW 중의 2.5% 글루타르알데하이드 중에 고정시키고 공기-건조시켰다. 형광 현미경에 부착된 이미지 분석 시스템을 이용해 표면에 부착된 세포의 밀도를 각각의 슬라이드에 대해 카운팅했다. 전술한 U. linza에 대한 것과 같이 각 슬라이드에 대한 30개의 관측시야에서 카운트를 만들었다.
부착의 강도를 위해, 각 코팅의 추가적인 3개의 반복물들을 전술한 N. incerta의 세포로 정착시켰다. 부착된 세포를 갖는 슬라이드를 물 채널 내 5분 동안 26 Pa의 전단응력(shear stress)에 노출시켰다. 구불구불한 흐름 물 채널은 배의 선체 주변에서 경험되었던 것과 유사한 제거력(removal force)를 생산하고, 특정한 전단응력을 선택했으며 이는 이것이 표면으로부터 적당한(reasonable) 비율의 구조류를 제거하고 관찰되는 부착 강도 내 차이점을 허용하기에 충분했기 때문이다. 물 채널 노출 후, 샘플을 고정시켰고 부착되어 남아있는 세포의 숫자를 전술한 것과 동일한 이미지 분석 시스템을 이용하여 카운팅했다. As-캐스트 PDMSe 코팅을 대조 표준으로 사용했다.
면도날(razor blade)을 이용하여 샘플을 유리 현미경 슬라이드로부터 제거했고 15 mm 디스크를 구멍을 내고(punch out) Dow Corning RTV 밀봉제(sealant)를 이용하여 24-웰 플레이트의 바닥에 접착시켰다. 시험 코팅을 70% IPA 및 탈이온수 중에서 3번 세척하여 살균했다. 코팅을 시험 전에 7일 동안 흐르는 수돗물 중에 예비조절을 했고(precondition) 이어서 ASW 중에서 24시간 두었다.
바이오필름 성장을 위해, 구조류 N. incerta의 세포를 영양소가 공급된 ASW(Guillard's F/2 배지) 중 660 nm에서 0.03의 OD로 희석했다. 1 ml을 플레이트의 각 웰에 가하고 조명이 비춰진(illuminated) 성장 캐비닛(growth cabinet)(VWR Diurnal Illumination Incubator, Model 2015, Radnor, PA, USA; 광자 플럭스(photon flux) 밀도 33 μmol m-2 s-1) 내 16:8 밝음:어두움 사이클로 18 ℃에서 48 시간 동안 배양하도록 하였다. DMSO 추출물을 통한 클로로필 α의 형광 측정에 의해 조류 바이오필름을 측정했다 (여기 파장: 360 nm; 방출 파장: 670 nm).
부착의 강도를 위해, 구조류를 부착된 세포를 제거하기 위해 물 분사(jetting)하기 전에, 전술한 것과 같이 2시간 동안 시험 표면 상에 정착하게 두었다. 물 분사 노즐은 코팅 표면에 직각인 물의 분사를 이용하고 작동 동안 회전하여 코팅 표면에 대해 평행인 모든 방향에서 방출되는 물 흐름을 생산한다. 이러한 물 분사 장치는 미 해군 연구소(US Office of Naval Research)에 의해 자금이 지원된 현장 시험 (field testing) 실험실에 의해 이용된 유사한 물 분사를 모방하여 고안되었다. 각 웰 플레이트의 첫번째 열(column)은 물 분사되지 않았고 초기 세포 부착의 측정과 같이 제공되었다. 각 코팅에서 두번째 및 세번째 열은 각각 69 및 139 kPa의 충돌 압력(impact pressure)에서 10초 동안 분사되었다. 충돌 압력은 표준 코팅들 간의 용이한 구별(discrimination)을 가능하게 하도록 선택되었다. 물질 표면 상에 남아있는 생물량의 함수로서 미세 조류 접착을 기록했다(지시된 각 압력으로 처리된 후 상대적인 형광 단위 (relative fluorescence units; RFU)로 측정된 클로로필 a의 형광).
As-캐스티 PDMSe 코팅을 대조 표준으로 사용했다. 실리콘 기초한 인터슬릭 (Intersleek; IS) IS700, 플루오로중합체 기초한 IS900, 및 양쪽친매성(amphiphilic) IS1100 슬림 릴리즈(Slime Release; SR)을 포함하는 국제 페인트 (International Paint) (Gateshead, UK) 제품 FR 코팅을 제조업자의 인스트럭션을 통해 시험 실험실에서 합성했고 상업적으로 이용가능한 코팅과 경쟁하기 위해 비교 목적을 위해 PCAgPDMS의 능력을 연구하는 것을 포함했다.
그래프팅된 표면 1은 P(AAm)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 2는 P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 3은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe에 대응한다. 대조군 PDMSe 표면, 그래프팅된 표면, 기존의 상업적인 INTERSLEEK® 제품에 대한 10 psi 물 분사 및 20 psi 물 분사에 의해 제거된 N. incerta의 퍼센트는 다음과 같다:
표 2. 비-그래프팅된 PDMSe 대조군에 대한 N. incerta의 % 제거.
샘플 % 제거 10 psi % 제거 20 psi
대조군 32.0 (3.3) 63.5 (5.8)
P(AAm)-g-PDMSe 36.7 (4.6) 88.3 (2.4)
P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe 73.1 (1.7) 85.2 (4.2)
P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe 66.3 (4.6) 94.9 (1.1)
IS 700 21.3 (2.0) 68.7 (0.8)
IS 900 19.2 (2.4) 78.4 (1.5)
IS 1100SR 60.5 (60.5) 60.7 (12.1)
표 2 및 도 11에 나타난 것과 같이, 그래프트 화학은 초기 부착을 방해하는 것과 및 오염물(fouling) 방출 성능에 현저한 영향을 가졌다.
실시예 5
도 12는 본 발명에 따른 특정 구현예에 따른 그래프팅된 그리고 비-그래프팅된 표면 상에서 다양한 조건에 따른 C. lytica의 생물량을 설명한다. 특히, 도 12는 초기 부착, 10 psi 물 분사의 적용, 및 20 psi 물 분사의 적용의 2 시간 후, C. lytica의 생물량을 나타낸다. C. lytica 시험은 N. incerta에 대한 것과 동일한 방식으로 수행되었다. 그래프팅된 표면 1은 P(AAm)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 2는 P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe에 대응하고, 그래프팅된 표면 3은 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe에 대응한다. 대조군 표면, 그래프팅된 표면, 및 기존의 상업적인 INTERSLEEK® 제품에 대한 10 psi 물 분사 및 20 psi 물 분사에 의해 제거된 C. lytica의 퍼센트는 다음과 같다:
표 3. 비-그래프팅된 PDMSe 대조군에 대한 C. lytica의 % 제거.
샘플 % 제거 10 psi % 제거 20 psi
대조군 36.3 (5.7) 44.6 (6.3)
P(AAm)-g-PDMSe 37.4 (4.4) 52.1 (4.8)
P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe 43.8 (4.3) 57.2 (3.3)
P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe 42.1 (7.6) 60.4 (6.4)
IS 700 89.1 (1.2) 93.6 (2.7)
IS 900 82.4 (1.7) 95.3 (1.0)
IS 1100SR 96.2 (0.5) 97.6 (1.4)
표 3 및 도 12에 나타난 것과 같이, 3개 그래프트 화학의 2개(즉 P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe 및 P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe)는 초기 부착을 방해하는 것 및 오염물 방출 성능에 현저한 영향을 가졌다.
비-제한적인 실시예
본 명세서에서 설명되는 발명의 다양한 측면 및 구현예를 가지면서, 본 발명의 추가적인 구체적인 구현예는 다음의 단락에서 제시되는 것을 포함한다.
일 측면에서, 유도된 생체접착 코팅을 형성하는 방법이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 방법은 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계, RAFT 연쇄 이동제와 함께 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT) 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계, 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계는 기판을 제공하는 단계 및 상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 기판을 제공하는 단계는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리비닐 클로라이드, 폴리아마이드, 및 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴레이트 단량체, 메타크릴레이트 단량체, 비닐 아세테이트, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, 아크릴산, 및 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피(photolithography)를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하는 것은 자외선(UV) 개시되는 그래프팅을 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 형성방법은 상기 기판에 살균제(biocidal agent)를 그래프팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함할 수 있다.
또다른 측면에서, 유도된 생체접착 코팅이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 유도된 생체접착 코팅은 기판 및 상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하여, 상기 다수의 그래프트 중합체가 기판 상에 화학적 패턴을 정의하도록 한다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 유도된 생체접착 코팅은, 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계, 가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT)의 연쇄 이동제와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계, 및 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계는 기판을 제공하는 단계, 및 상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 기판은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘 고무, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아마이드, 및 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴레이트 단량체, 메타크릴레이트 단량체, 비닐 아세테이트, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, 아크릴산, 및 이들의 임의의 조합 중 다수의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 상기 다수의 그래프트 중합체는 자외선(UV) 개시되는 그래프팅을 통해 상기 기판 상에 그래프팅될 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 유도된 생체접착 코팅은 상기 기판에 그래프팅된 살균제를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 베이스 표면 상에 생체접착을 유도하는 방법이 제공된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 방법은 상기 베이스 표면 상에 유도된 생체접착 코팅을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 유도된 생체접착 코팅은 기판 및 상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하여, 상기 다수의 그래프트 중합체가 상기 기판 상에 화학적 패턴을 정의하도록 한다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 유도된 생체접착 코팅은, 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계, 가역적 첨가-분획 연쇄-이동의 연쇄 이동제와 함께, RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계, 및 남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 기판을 제공하는 단계는 기판을 제공하는 단계 및 상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 기판은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘 고무, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아마이드, 및 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴레이트 단량체, 메타크릴레이트 단량체, 비닐 아세테이트, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, 아크릴산, 및 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피를 포함할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 예를 들면, 상기 다수의 그래프트 고분자를 기판 상에 그래프팅하는 것은 자외선(UV) 개시되는 그래프팅을 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 예를 들면, 상기 방법은 상기 기판에 살균제를 그래프팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 발명의 변형이, 전술한 설명 및 관련된 도면에서 존재하는 제시사항(teachings)의 이점을 갖는 발명이 속하는 당업자에게 떠오를 수 있다. 그러므로, 본 발명은 개시된 특정한 구현예에 제한되지 않을 것이고 변형 및 다른 구현예가 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도된 것임을 이해할 것이다. 특정한 용어가 본 명세서에서 이용되었지만, 이들은 제한의 목적이 아닌 단지 일반적인 기술적인 의미에서 사용된다.

Claims (26)

  1. 유도된(directed) 생체접착(bioadhesion) 코팅의 형성방법으로, 상기 형성방법은
    폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트(graft) 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계로서, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴아마이드 단량체, 아크릴산 단량체 및 하이드록시에틸 메타크릴레이트 단량체의 층을 포함하는 것인, 단계;
    상기 그래프트 단량체 층의 이산된(discrete) 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계;
    가역적 첨가-분획 연쇄-이동(reversible addition-fragmentation chain-transfer; RAFT)의 연쇄 이동제(chain transfer agent)와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계; 및
    남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅(grafting)하여 기판 상에 화학적 패턴(pattern)을 형성하는 단계를 포함하는, 유도된 생체접착 코팅의 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계는
    폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 형성방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피(photolithography)를 포함하는 것인, 형성방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하는 것은 자외선(UV)으로 개시되는 그래프팅을 포함하는 것인, 형성방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판에 살균제(biocidal agent)를 그래프팅하는 단계를 추가로 포함하는, 형성방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함하는 것인, 형성방법.
  9. 유도된 생체접착 코팅으로서, 상기 코팅은
    폴리디메틸실록산 기판; 및
    상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하고, 상기 그래프트 중합체는 폴리(아크릴아마이드-co-아크릴산-co-하이드록시에틸 메타크릴레이트)를 포함하고;
    상기 다수의 그래프트 중합체는 상기 기판 상에 화학적 패턴을 정의하는(define) 것인, 유도된 생체접착 코팅.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유도된 생체접착 코팅은,
    폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계로서, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴아마이드 단량체, 아크릴산 단량체 및 하이드록시에틸 메타크릴레이트 단량체의 층을 포함하는 것인, 단계;
    상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계;
    가역적 첨가-분획 연쇄-이동(RAFT)의 연쇄 이동제와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계; 및
    남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는 것인, 유도된 생체접착 코팅.
  11. 제10항에 있어서, 상기 폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계는
    폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 유도된 생체접착 코팅.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피를 포함하는 것인, 유도된 생체접착 코팅.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 그래프트 중합체는 자외선(UV)으로 개시되는 그래프팅을 통해 상기 기판 상에 그래프팅되는 것인, 유도된 생체접착 코팅.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 그래프팅된 살균제를 추가로 포함하는, 유도된 생체접착 코팅.
  17. 제16항에 있어서, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함하는, 유도된 생체접착 코팅.
  18. 베이스(base) 표면 상에 생체접착을 유도하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 베이스 표면 상에 유도된 생체접착 코팅을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 유도된 생체접착 코팅은
    폴리디메틸실록산 기판; 및
    상기 기판 상에 그래프팅된 다수의 그래프트 중합체를 포함하고,
    상기 다수의 그래프트 중합체는 상기 기판 상에 화학적 패턴을 정의하고; 상기 그래프트 중합체는 폴리(아크릴아마이드-co-아크릴산-co-하이드록시에틸 메타크릴레이트)를 포함하는 것인, 베이스 표면 상에 생체접착을 유도하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유도된 생체접착 코팅은,
    폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계로서, 상기 그래프트 단량체 층은 아크릴아마이드 단량체, 아크릴산 단량체 및 하이드록시에틸 메타크릴레이트 단량체의 층을 포함하는 것인, 단계;
    상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하여 기판 표면을 노출시키는 단계;
    가역적 첨가-분획 연쇄-이동의 연쇄 이동제와 함께 RAFT 중합을 통해, 상기 그래프트 단량체 층의 임의의 남아있는 부분을 중합시켜, 다수의 그래프트 중합체를 형성하는 단계; 및
    남아있는 그래프트 단량체 층을 중합하는 것과 동시에, 상기 다수의 그래프트 중합체를 기판에 그래프팅하여 기판 상에 화학적 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는 것인, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폴리디메틸실록산 기판의 표면 상에 그래프트 단량체 층을 갖는 폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계는
    폴리디메틸실록산 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 그래프트 단량체 층을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 그래프트 단량체 층의 이산된 부분을 선택적으로 제거하는 것은 포토리소그래피를 포함하는 것인, 방법.
  24. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 다수의 그래프트 고분자를 기판 상에 그래프팅하는 것은 자외선(UV)으로 개시되는 그래프팅을 포함하는 것인, 방법.
  25. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 기판에 살균제를 그래프팅하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 살균제는 4차 암모늄 염을 포함하는 것인, 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102245314B (zh) 2008-11-11 2014-11-19 佛罗里达大学研究基金会有限公司 图案化表面的方法以及包含该表面的制品
US9937655B2 (en) 2011-06-15 2018-04-10 University Of Florida Research Foundation, Inc. Method of manufacturing catheter for antimicrobial control
AU2015300869B2 (en) 2014-08-07 2020-06-25 Sharklet Technologies, Inc. Patterns for flow control and bioadhesion control
AU2016294135A1 (en) 2015-04-23 2017-11-09 Sharklet Technologies, Inc. Bilayered devices for enhanced healing
WO2018057586A1 (en) 2016-09-20 2018-03-29 Sharklet Technologies, Inc Imprinting tape, method of manufacture thereof and articles comprising the same
US11241815B2 (en) 2016-09-20 2022-02-08 Sharklet Technologies, Inc. Die for continuously manufacturing textured surfaces and methods of manufacture thereof
US11717991B2 (en) 2018-03-20 2023-08-08 Sharklet Technologies, Inc. Molds for manufacturing textured articles, methods of manufacturing thereof and articles manufactured therefrom
CN109293857B (zh) * 2018-09-18 2020-06-26 北京化工大学 一类聚氯乙烯基添加剂及其制备方法
MX2022002819A (es) 2019-09-11 2022-04-06 Buckman Laboratories Int Inc Polimero de alcohol polivinilico injertado, formulaciones que lo contienen y metodos de crespado.
CN112375450B (zh) * 2020-11-23 2021-12-28 浙江理工大学 一种水性raft细乳液聚合制备超疏水涂层的方法
CN115975241A (zh) * 2022-12-27 2023-04-18 湖南科技大学 PVDF@PDA-g-PAPTMAC膜材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006097719A1 (en) 2005-03-16 2006-09-21 University Of Durham A method for producing a grafted polymer coating and substrates formed in accordance with the method
US20080139689A1 (en) * 2006-08-17 2008-06-12 Jinyu Huang Modification of surfaces with polymers
JP2013528114A (ja) * 2010-06-09 2013-07-08 センプラス・バイオサイエンシーズ・コーポレイション 非汚染性、抗菌性、抗血栓性グラフトフロム組成物
US20130178125A1 (en) 2007-11-19 2013-07-11 University Of Washington Marine coatings

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8911831B2 (en) * 2002-07-19 2014-12-16 Northwestern University Surface independent, surface-modifying, multifunctional coatings and applications thereof
US9016221B2 (en) 2004-02-17 2015-04-28 University Of Florida Research Foundation, Inc. Surface topographies for non-toxic bioadhesion control
US7650848B2 (en) 2004-02-17 2010-01-26 University Of Florida Research Foundation, Inc. Surface topographies for non-toxic bioadhesion control
US7117807B2 (en) 2004-02-17 2006-10-10 University Of Florida Research Foundation, Inc. Dynamically modifiable polymer coatings and devices
US7143709B2 (en) 2004-02-17 2006-12-05 University Of Florida Research Foundation, Inc. Surface topography for non-toxic bioadhesion control
JP5907661B2 (ja) * 2011-02-12 2016-04-26 学校法人東京女子医科大学 直鎖型温度応答性高分子が固定化された温度応答性細胞培養基材、及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006097719A1 (en) 2005-03-16 2006-09-21 University Of Durham A method for producing a grafted polymer coating and substrates formed in accordance with the method
US20080139689A1 (en) * 2006-08-17 2008-06-12 Jinyu Huang Modification of surfaces with polymers
US20130178125A1 (en) 2007-11-19 2013-07-11 University Of Washington Marine coatings
JP2013528114A (ja) * 2010-06-09 2013-07-08 センプラス・バイオサイエンシーズ・コーポレイション 非汚染性、抗菌性、抗血栓性グラフトフロム組成物

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Publication number Publication date
CN109790404A (zh) 2019-05-21
EP3458527A1 (en) 2019-03-27
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