KR20090084847A - 실리콘 및 특정 폴리포스파젠을 포함하는 조성물 및 장치 - Google Patents

실리콘 및 특정 폴리포스파젠을 포함하는 조성물 및 장치 Download PDF

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토마스 에이. 고르디
넹 에스. 웅
울프 프리츠
올라프 프리츠
로날드 워직
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셀로노바 바이오사이언시즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 폴리유기실옥산과 폴리포스파젠 화합물을 포함하는 조성물 및 의료 장치에 관한 것이다. 1 이상의 의료 장치에 혼입될 때, 이들 조성물은 상기 장치 상의 세포 퇴적물을 감소시키고 또 상기 장치가 체액과 접촉할 때 심각한 혈전증을 감소시키며, 또 상기 장치에 대하여 항-거절 특성을 장치에 부여한다.
의료 장치, 폴리유기실옥산, 실리콘, 폴리포스파젠, 항혈전증, 세포 접착

Description

실리콘 및 특정 폴리포스파젠을 포함하는 조성물 및 장치{Compositions and devices comprising silicone and specific polyphosphazenes}
본 발명은 세포 또는 세균 접착 및/또는 증식을 감소시키거나, 유기 또는 무기 퇴적물(encrusation)을 감소시키거나, 혈전증의 우려를 감소시키거나, 또는 숙주 검체 내에서 의료 장치의 생물학적 수용(항-거부 특성)을 개선시키는 것에 의해 의료 장치에 유리하거나 및/또는 개선된 특성을 전달하는 의료 장치 및 조성물에 관한 것이다.
현대 의학 처치는 인간 또는 동물 검체 내에 이식되어 내인성(endogenous) 또는 외인성(exogenous) 조직 및 체액과 장시간 동안 주기적으로 또는 연속적으로 접촉하는 의료 장치를 흔히 필요로 한다. 튜브는 이식가능한 장치의 흔한 예이며 의료 처치에서 다수의 용도를 갖는다. 예컨대, 튜브는 액체 및 약물 전달 튜브, 외부 공급 튜브, 상처 또는 유체 배출 튜브, 및 카테터(catheter)를 포함할 수 있으며, 이들은 모두 검체의 조직 및 체액과 연속적인 접촉을 견뎌내어야 한다. 그러나, 이러한 의료 장치, 또는 조직, 체액 또는 기관과 접촉하는 다른 장치가 인간 또는 동물의 체내에 존재하는 것은 염증, 감염, 혈전증, 세포 및 세균 접착, 증식 및/또는 과잉 성장 발현, 유기 또는 무기 퇴적물 (물질 형성), 재협착 등과 같은 바람직하지 않은 반응을 포함할 수 있다. 이러한 장치는 튜브 그 자체에 의해 생성된 경로를 비롯한 경로를 폐색시킬 수 있는 세포 성장의 증식을 초래할 수 있다.
튜브 이외의 이식가능한 장치가 또한 현대 의학 처치에 이용된다. 예컨대, 턱, 뺨, 코, 광대뼈, 흉근, 종아리, 가슴 및 엉덩이에 대한 이식물(implant)은 상기 몸 부위를 확대하거나, (생)기계적으로 안정화하거나, 또는 재건하기 위하여 몸 부위에 삽입되는 연질 또는 반-견고한/유체 실리콘 고무로 제조된다. 가슴 확대 수술에서는 쉘(shell)을 공동에 삽입하고 또 이러한 쉘은 유체로 미리 채워지거나 또는 삽입한 후에 유체로 채워진다. 이들 장치를 제조하기 위해 실제로 사용되는 물질은 과거 수십 년 동안 변하였지만, 실리콘은 여전히 이러한 장치에 사용되는 기본적인 물질이다.
실리콘은 다수의 의료 이식물의 합성에 유용하고 인기있는 물질이다. 그러나, 실리콘의 사용은 위험이 없는 것이 아니며 또 이러한 실리콘의 사용은 나쁜 효과들과 연관이 있었다. 실리콘을 뼈 이식편(graft)으로 사용되는 동물 모델에서, 실리콘은 장시간에 걸친 국소적 체액 축적 및 하부 뼈의 재협착과 관련되므로, 환자는 추가적인 교정 수술을 필요로 하게 된다. 실리콘 카테터는 카테터의 퇴적 및 차단과 관련되며, 이것은 요관의 감염 및 요도염과 관련되어서 비교적 짧은 시간 내에 후-카테터삽입(post-catheterization)을 필요로 하게 된다. 또한, 실리콘은 세균 감염이 없더라도 높은 염증 지수와 관련되어 있었다. 세균이 존재하면, 실리콘은 다른 물질에 비하여 화농성 염증을 일으킬 가능성이 더 높다. 실리콘은 또한 염증에서 국소적 육아종 염증의 유도자로 잘 알려져 있다. 참고 Cole, P.; Zackson, OA.; Am. J. Clin. Pathol., 1990, Jan, 93(1), 148-52. 또한 실리콘은 비교적 산-민감성이다. 예컨대, 위산은 실리콘에 대하여 유해한 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. 또한, 생물학적 체액에 장시간 노출되는 것을 비롯한 생물학적 환경에 노출된 후, 기계탄성적 유연성의 상실 및 강성 증가가 관찰될 수 있다. 또한 장시간 동안 표면 이동하여 이식물로부터 걸러질 수 있는 올리고머성 실옥산 및 장쇄 지방산과 같은 가소제 및 윤활제로 인하여 생체적합성 감소가 관찰될 수 있으며, 그에 의해 바람직하지 않은 생물학적 반응이 유발된다.
실리콘 물질은 이식가능한 의료 장치에 흔히 사용되므로, 실리콘의 나쁜 영향을 상쇄하거나 치유하는 방법이 필요하다. 이러한 필요는 널리 퍼져 있는데, 이는 실리콘 물질이 의료 튜브, 드레싱, 확장기, 배출 튜브, 펌프 부품, T-드레인, 인공수정체, 콘택트 렌즈, 피부 확장기, 유방 이식물, 기관개구 벤트, 컴포터(comforter), 멤브레인 드레싱, 호일, 페이스메이커 전극용 절연체과 같은 절연체, 관절 대체물, 혈관 이식, 핀, 클립, 심장 판막을 비롯한 밸브, 션트(shunt), 스크류, 플레이트, 이식편, 스텐트, 삽입물, 페이스메이커 부품, 제세동기 부품, 전극 부품, 외과 장치, 외과 기구, 인공 멤브레인 또는 구조, 인공 기관 또는 조직의 부품 등을 포함하는 장치에 사용되기 때문이다. 그러므로, 의료 장치에 사용될 때 실리콘의 나쁜 영향을 감소시키는데 도울 수 있는 화합물, 조성물, 치료 및/또는 방법이 요청되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 폴리유기실옥산(소위 "실리콘") 및 1 이상의 특정 폴리포스파젠을 포함하는, 인간 또는 동물 체내 또는 기관에 도입하거나, 또는 인간 또는 동물 체내 또는 기관의 조직 또는 체액과 접촉하는 의료 장치를 제공하는 것이다. 이 물질의 조합은 의료 장치가 더욱 생체적합성이고, 더욱 윤활성이며, 항균성 및 항혈전성으로 만드는 것으로 밝혀졌다.
의료 장치 및 이 장치를 포함하는 방법은 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠 성분의 정확한 비율에 대하여 제한이 없으며, 예컨대 폴리유기실옥산은 폴리포스파젠에 의해 어떠한 방식으로 코팅되거나 및/또는 반응하거나 또는 조합되는 중간층에 의해 코팅(또는 층을 이루거나)되거나, 반응하거나, 배합(또는 혼합)되거나, 그라프팅되거나, 결합되거나, 가교되거나, 공중합되거나, 코팅되거나 및/또는 반응될 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리포스파젠은 폴리유기실옥산과 조합될 수 있고 또 그 조합은 폴리포스파젠 및 폴리유기실옥산이 실질적으로 동시에 코팅되도록 장치 또는 표면 상에서 코팅될 수 있다. 이들 모든 양태는 어떤 물질이 폴리유기실옥산 및 특정 폴리포스파젠을 포함하는 본원발명의 내용, 또는 특정 폴리포스파젠이 폴리유기실옥산에 부가되는 내용에 포함된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 폴리유기실옥산은 실리콘, 폴리실옥산, 또는 간단히 중합된 실옥산으로도 지칭한다.
다른 양태로서, 본 발명은 하기 화학식(I)로 표시되는 특정 폴리포스파젠 또는 그의 유도체 또는 그의 유사체와 조합된 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치를 제공하는 것이다:
Figure 112009026629008-PCT00001
식 중에서,
n은 2 내지 ∝이고; 또 R1 내지 R6은 서로 독립적으로 알킬, 아미노알킬, 할로알킬, 티오알킬, 티오아릴, 알콕시, 할로알콕시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 알킬티올레이트, 아릴티올레이트, 알킬설포닐, 알킬아미노, 디알킬아미노; 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로시클로알킬, 또는 질소, 또는 헤테로아릴 질소, 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로아릴로부터 선택되는 기임. 일 양태로서, 예를 들어, 폴리유기실옥산은 코팅과 같은 일부, 또는 의료장치의 전부를 구성할 수 있고, 또 폴리포스파젠은 폴리유기실옥산을 갖는 장치에 임의 방식으로 포함될 수 있다. 본 발명은 또한 유기실옥산에 폴리포스파젠을 부가하는 것을 포함하는 것을 포함하는, 의료 장치를 더욱 생체적합성, 더욱 윤활성, 더욱 항균성 및 항혈전성으로 만드는 방법을 제공한다. 또한 폴리포스파젠은 단량체, 올리고머 또는 중합성에 상관없이 경우에 따라 접착 증진제, 연결 층(tie layer), 계면활성제, 분산제, 충전제, 안정화제, 또는 폴리포스파젠과 폴리유기실옥산 화합물이 서로 접촉할 때 이들 사이의 표면간 적합성 및/또는 안정성을 개선시키기 위한 기타 물질과 조합되어 사용될 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명은 폴리실옥산 및 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠]을 포함하는 의료 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 실리콘 및 특정 폴리포스파젠을 포함하며, 이때 폴리포스파젠은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠]으로도 불리는 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠]인 조성물을 제공한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 폴리포스파젠과 조합된 폴리유기실옥산을 포함하는, 또는 다르게는 폴리포스파젠이 부가된 폴리유기실옥산을 포함하는, 인간 또는 동물 체내 또는 기관에 도입하거나, 또는 인간 또는 동물 체내 또는 기관의 조직 또는 체액과 접촉하는 의료 장치에 관한 것이다.
일 양태로서, 본 발명은 폴리유기실옥산과 조합된 특정 폴리포스파젠 또는 그의 유도체를 포함하는 장치를 제공한다. 이론에 얽매이는 것은 아니나, 폴리포스파젠을 폴리유기실옥산과 조합된 것으로 기재하는 것은, 제한없이, 폴리포스파젠이 폴리유기실옥산과 접촉하거나, 또는 폴리포스파젠이 폴리유기실옥산과 접촉하는 중간층 성분과 접촉하는 것을 반영한다. 중간층 성분은 본 명세서에 기재된 바와 같이 접착 증진제, 연결 층(tie layer), 전이 물질, 개입(interposing)층 등과 같은 물질을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "접촉하는"은 성분 또는 층 사이의 화학적 또는 물리적 상호작용을 포함한다. 예컨대, 폴리유기실옥산과 접촉하는 폴리포스파젠은 이들의 공중합체(랜덤, 교대, 블록, 그라프트, 콤브, 스타, 덴드리트 등), 실리콘과 폴리포스파젠 사이의 상호침투성(interpenetrating) 네트워크, 배합물, 또는 기타 화학적 또는 물리적 상호작용을 비롯한 본 명세서에 기재된 바와 같은 실리콘과 특정 폴리포스파젠의 임의 조합을 포함한다. 유사하게, 폴리포스파젠을 폴리유기실옥산과 접촉하는 중간 성분과 접촉하는 것으로 기재함으로써, 임의 유형은 화학적 반응, 결합, 이온성 및/또는 정전기적 상호작용, 또는 임의 유형의 물리적 및/또는 화학적 과정을 포함하는 것으로 이해되며, 그에 의해 이들 성분은 이들의 상호작용을 달성한다. 폴리유기실옥산과 조합된 폴리포스파젠을 포함하는 장치는 이들의 임의 조합을 비롯한 이들 접촉 상호 유형을 포함할 수 있고, 및/또는 1개 유형 또는 다른 유형으로 용이하게 확인되지 않지만 이들 2개 사이의 상호작용의 연속적인 모드(결합 에너지와 같은 변수에 의해 측정된 바와 같이, 반 데어 발스 상호작용, 이온 상호작용, 정전기적 상호작용, 루이스산/염기 복합물 형성 등)를 따라 존재할 수 있는 상호작용을 포함한다.
폴리유기실옥산. 일 양태로서, 폴리유기실옥산은 코팅과 같은 의료 장치의 일부를 구성하지만, 일부 구체예에서 의료 장치는 폴리유기실옥산 그자체(벌크 물질 형성)로부터 제조된다. 용어 폴리유기실옥산, 폴리실옥산, 또는 실리콘은 그 주쇄가 반복되는 실리콘 대 산소 결합으로 제조되는 합성 중합체의 일반 카테고리를 지칭한다. 산소와 결합하여 중합성 주쇄 사슬을 형성하는 이외에, 실리콘 원자는 측쇄, 전형적으로 유기 기에 결합된다. 일 양태로서, 유기 측쇄는 메틸 기를 포함한다. 공통되는 1개 실리콘은 중합성 사슬 중의 각 실리콘 원자에 대해 결합된 2개 의 메틸 기를 갖는 것을 특징으로 한다; 따라서, 상기 실리콘은 반복 [-O-SiMe2-] 단위로 제조된다. 이 실리콘은 폴리디메틸실옥산(또는 디메틸폴리실옥산)으로 불리며, 보통 PDMS로 약칭한다.
그러나, 다수의 다른 폴리유기실옥산이 본 발명에 사용될 수 있다. 예컨대, 적합한 폴리유기실옥산은 , 비제한적으로, 다음 기 중의 어떤 것이 폴리유기실옥산 구조 중의 실리콘에 결합될 수 있는 것을 포함한다: 알킬, 아릴, 알킬옥시 (알콕시), 아릴옥시, 할로알킬, 할로아릴, 할로알콕시, 할로아릴옥시, 알케닐, 알키닐, 알킬- 또는 아릴-에테르 기, 알킬- 또는 아릴-에스테르 기, O-헤테로시클릭 기, N-헤테로시클릭 기, 및 기타 그의 헤테로시클릭 변이체, 및 그의 조합물, 이때 이들의 이성질체를 포함하고, 상기 기는 약 20개 탄소 원자까지 가질 수 있다. 유용한 특정 기의 예는 비제한적으로, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, t-부틸, 페닐, 톨릴, 크실릴, 벤질, 이미다졸릴, 비닐, 비닐벤질, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소-프로폭시, 클로로페닐, 플루오로페닐, 트리플루오로메틸, 트리플루오로에틸, 트리플루오로프로필, 헥사플루오로-이소프로필, 아세트산 에스테르, 포름산 에스테르 등과 이들의 임의 조합물을 포함한다. 따라서, 티타노에이트 또는 지르코네이트와 같이 간접적으로, 또는 실옥산 주쇄에 직접적으로 부착된 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 에테르 또는 아세트산 또는 포름산 에스테르를 함유하는 가수분해성 기는 사슬을 따라 메틸 기 대신 치환되어, 당해 기술 분야에 일반적으로 공지되고 사용되는 소망하는 특성을 갖는 상응하는 동종중합성 또는 공중합성 실옥산 제제 또는 배합물을 제공한다. 이들과 같은 치환기는 폴리디메틸실옥산 구조 중의 일부 또는 모든 메틸 기를 치환하여 당업자에게 공지된 바와 같은 소망하는 특성을 갖는 상응하는 동종중합성 또는 공중합성 실옥산 제제 또는 배합물을 제공한다. 페닐, 에틸, 비닐, 알릴 등과 같은 다른 기는 폴리디메틸실옥산 구조 중의 일부 또는 모든 메틸 기 대신에 치환될 수 있고, 상기 기는 부분적으로 또는 전체적으로 할로겐화될 수 있다. 할로겐화된 기의 예는, 비제한적으로, 펜타플루오로페닐, 트리플루오로에틸, 또는 트리플루오로메틸페닐 기를 포함한다. 또한, 소망하는 특성을 갖는 공중합성 실옥산 제제 또는 배합물은 당해 분야에 공지되어 있고 또 사용되고 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 특정 폴리실옥산 또는 "실리콘"은 제한되지 않는다. 오히려, 인간 또는 동물 체내, 기관, 혈관, 또는 공동에 도입하기 위해 적응되거나, 또는 인간 또는 동물 체내 또는 기관의 조직 또는 체액(액체 및/또는 기체)과 접촉하는 의료 장치에 사용되고, 또는 사용될 수 있는 실리콘이라면 본 발명에 포함된다. 또한 본 발명은 실리콘 고무의 주요 공업적 분류에 따라 분류된 실리콘에 적용될 수 있으며, 예컨대 고온 강화(HTV) 실리콘, 실온 가황(RTV) 실리콘, 및 액체 실리콘 고무(LSR)가 본 발명에 적용될 수 있다. 또한, 실리콘 고무에 대한 ASTM D1418 분류에 따른 임의 실리콘 고무가 적용될 수 있으며, 그 예는 표 1에 제공되어 있다.
표 1. 실리콘 고무에 대한 ASTM D1418 분류
분류 설명
MQ 중합체 사슬에 메틸 기만을 갖는 실리콘 고무 (폴리디메틸실옥산)
VMQ 중합체 사슬에 메틸 및 비닐 치환기를 갖는 실리콘 고무
PMQ 중합체 사슬에 메틸 및 페닐 치환기를 갖는 실리콘 고무
PVMQ 중합체 사슬에 메틸, 페닐 및 비닐 치환기를 갖는 실리콘 고무
FVMQ 중합체 사슬에 플루오로, 메틸 및 비닐 치환기를 갖는 실리콘 고무
이들 다양한 화합물에 대하여 일반적으로 사용되는 용어는 실리콘, 실리콘-탄성중합체(비제한적으로 고 유연성 탄성중합체, 액체-실리콘 고무, 저 유연성 실리콘, 및 접착제), 실리콘-고무, 플루오로실리콘, 플루오로실리콘의 중합체, 디메틸실리콘, 페닐-함유 실리콘, 비닐-함유 실리콘, 치환된 실리콘, 페닐-함유 실리콘, 비닐-함유 실리콘, 치환된 실리콘, 실리콘 수지, 실리콘 수지 및 탄성중합체의 배합물, 실리콘 겔, 실리콘 액체 탄성중합체, 폴리실옥산, 및 실온에서 고체인 기타 실옥산을 포함한다. 이러한 모든 물질은 본 발명에 포함된다. 중합체 상의 말단 기는 트리메틸실릴옥시 말단을 포함할 수 있지만, 이들 말단 상의 메틸 기는 다른 기 또는 원자에 대해 치환될 수 있다. 실리콘의 정확한 유형은 본 발명에 제한되지 안는데, 그 이유는 실리콘에 부가되는 폴리포스파젠이 효율적으로 작용하고 또 실온 및 가열 및 화학적 및 조사 경화성 실리콘, 액체 사출 성형 실리콘, 실리콘 액체 탄성중합체, 축합 경화성 실리콘, 부가 경화성 실리콘 및 탄성중합성, 및 수지성 실리콘을 비롯한 실리콘에 유리한 특성을 부가하기 때문이다. 따라서, 실리콘의 추가의 예는 , 비제한적으로, 실온 경화성(RTV), 수분-경화성, 백금 경화성, 퍼옥시 경화성, 또는 기타 일반적으로 금속 및 라디칼-경화성 실리콘을 포함한다.
부가적으로, 화합물을 포함하는 충전제 물질, 또는 조성물은 실리콘에 부가될 수 있다. 예컨대, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 카본 블랙, 산화 티탄, 황산 바륨, 실리카 충전제, 예컨대 발연 실리카, 또는 다양한 안료가 실리콘에 부가되어 실리콘에 부가적인 특성을 부여한다. 예컨대, 충전제 물질은 촉각을 변형시키기 위하여, 비유연성 또는 유연성을 제공하기 위하여, 방사성불투명성과 같은 광학적 성질 또는 전자기 특성을 변경하기 위하여, 또는 도전 특성을 변경하기 위하여 사용될 수 있다.
장치. 일 양태로서, 본 발명은 실리콘을 함유하는 임의 장치를 포함하며, 또 실리콘을 포함하는 장치의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은 본 발명의 실리콘 및 폴리포스파젠을 조합하는 것을 포함한다. 예컨대, 의료용 튜브가 아닌 튜브도 본 발명에 속한다. 다른 예는 다양한 밀봉, 가스켓, 벨로우, 롤러, 밸브, 압출 장치, 성형 장치, 조각 장치, 새겨진 장치, 세이핑 장치 등을 포함한다. 장치가 이루어지는 기초 물질은 제한되지 않으며, 본 발명은 실리콘을 함유하는 어떤 장치에도 적용되기 때문이다. 실리콘에 부가되는 폴리포스파젠은 비-의료적 용도에도 유용한 특성을 실리콘에 부여한다. 예컨대, 본 발명의 폴리포스파젠은 고도의 윤활성 뿐만 아니라 비점착 특성을 갖거나 부여하며, 이것은 튜브 내에서 또는 장치 표면 상에서 물질 또는 유체의 전달에 도움을 주며, 표면 및 주변 환경과 접촉하는 부품 상에서 마찰 마모를 감소시킨다. 또한 실리콘 함유 장치에 부가되는 본 발명의 폴리포스파젠은 장치를 깨끗하게 유지하는 보수 노력을 감소시킬 수 있는 항세균 특성을 장치에 부여한다. 상기 장치는 튜브에 제한되지 않으며 또 실리콘을 포함하는 3 차원 구조 또는 2차원 표면일 수 있다. 예컨대, 고체 구조, 시트, 및 외부 환경 또는 구조 내의 다른 공극과 소통하거나 소통하지 않는 내부 공극을 갖는 구조, 또는 이들의 조합물이 본 발명의 범위에 포함된다.
일 양태로서, 장치 또는 의료 장치는 본 발명의 실리콘 및 폴리포스파젠 만을 함유해야 하는 것은 아니다. 본 발명의 특정 구체예에서, 장치 또는 의료 장치는 실리콘 및 폴리포스파젠 이외에 적어도 1개의 다른 화합물 또는 물질의 조성물을 포함할 수 있다. 예컨대, 특정 의료 장치는 실리콘 및 우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 실리콘을 포함하는 부가적인 조성물은 폴리비닐클로라이드(PVC), 아크릴, 비닐, 나일론, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 비롯한 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 히드로겔, 이오노머, 실리콘 고무, 열가소성 고무, 플루오로중합체, 기타 폴리실옥산 등을 포함한다. 당업자는 실리콘을 포함하는 조성물의 부품을 인식할 것이며, 또 폴리포스파젠은 그의 조합물을 비롯한 상술한 물질을 포함할 수 있으며, 또 다른 물질의 표면에 적용될 수 있거나, 또는 조성물이 실리콘 및 폴리포스파젠을 함유하는 한 다른 물질에 혼합, 배합, 코팅, 그라프트 또는 결합될 수 있다.
다른 양태로서, 장치 또는 의료 장치는 실리콘 및 폴리포스파젠이 캡슐화되고, 1 이상의 표면에 적용되며, 또 장치 또는 의료 장치의 내부 또는 일부일 수 있다. 예컨대, 금속 플레이트와 같은 내부 구조는 실리콘으로 코팅되며 또 실리콘 또는 실리콘을 포함하는 물질의 층은 폴리포스파젠에 코팅, 그라프트, 배합 또는 결 합될 수 있다. 다르게는, 내부 구조는 본 발명의 실리콘 및 폴리포스파젠을 포함하는 조성물에 의해 코팅, 배합, 그라프트 또는 결합될 수 있다.
의료 장치는 임의 개수의 수법에 의해 인간 또는 동물 체내 또는 기관에 도입될 수 있다. 예컨대, 상기 장치는 인간 또는 동물 체내, 기관, 혈관, 또는 공동에 개구가 만들어지는 수술, 및 장치가 그 안에 위치하는 침습적 과정을 통하여 도입될 수 있다. 다르게는, 인간 또는 동물은 상기 장치를 소화할 수 있거나, 또는 상기 장치는 인간 또는 동물체의 개구에 위치할 수 있거나, 또는 상기 장치는 인간 또는 동물체에 적어도 부분적으로 부착될 수 있다. 또한 상기 장치는 인간 또는 동물체의 조직 또는 체액 또는 인간 또는 동물의 기관과 접촉할 수 있다. 예컨대, 상기 장치는 유체가 통과하는 튜브를 포함할 수 있으며 또 상기 튜브는 유체를 검체의 몸 안으로 또는 밖으로 전달하거나 및/또는 수송하는 체외 장치와 같이 인간 또는 동물에 삽입되지 않고도 유체를 인간 또는 동물에 전달할 수 있다. 다른 예는 가스 또는 유체의 통과 또는 흐름을 제어하는 밸브와 같은 의료 장치를 포함하며, 이때 밸브는 인간 또는 동물 몸에 삽입되거나 또는 인간 또는 동물 몸의 외부에 배치될 수 있다. 상기 장치의 정확한 위치는 제한되지 않으며, 본 발명의 일 양태는 본 발명의 실리콘계 또는 실리콘-함유 장치를 폴리포스파젠과 조합하는 것이며, 그에 의해 폴리포스파젠은 실리콘 또는 실리콘-함유 장치에 이로운 특징을 부여한다.
폴리포스파젠. 상기 실리콘 및 폴리포스파젠을 포함하는 상기 장치 또는 의료 장치는 전형적으로 하기 화학식(I)을 갖는 특정 폴리포스파젠 또는 그의 유도체를 포함한다:
Figure 112009026629008-PCT00002
식 중에서,
n은 2 내지 ∝이고; 또 R1 내지 R6은 독립적으로 알킬, 아미노알킬, 할로알킬, 티오알킬, 티오아릴, 알콕시, 할로알콕시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 알킬티올레이트, 아릴티올레이트, 알킬설포닐, 알킬아미노, 디알킬아미노; 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로시클로알킬, 또는 질소, 또는 헤테로아릴 질소, 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로아릴로부터 선택되는 기임. 따라서, 잔기 R1 내지 R6은 각각 독립적인 변수이므로 동일하거나 상이할 수 있다. 화학식(I)에서 n은 ∝ 만큼 클 수 있다고 나타내는 것은, 약 75 백만 달톤에 달하는 평균 분자량을 가질 수 있는 폴리포스파젠 중합체를 포함하는 n의 값을 특정하기 위한 것으로 이해한다. 예컨대, 일 양태로서, n은 적어도 약 40 내지 약 100,000으로 다양할 수 있다. 다른 양태로서, n은 화학식(I)에서 ∝ 만큼 클 수 있다는 것은 n의 값을 약 4,000 내지 약 50,000, 더욱 바람직하게는 n을 약 7,000 내지 약 40,000, 가장 바람직하게는 n을 약 13,000 내지 약 30,000의 값으로 특정하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 요지로서, 본 명세서에 기재된 장치를 제조하기 위해 사용된 중합체는 상술한 화학식을 기준으로 한 분자량을 가지며, 적어도 약 70,000 g/몰, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1,000,000 g/몰, 가장 더 바람직하게는 적어도 약 3 x 106 g/몰 내지 약 20 x 106 g/몰의 분자량일 수 있다. 가장 바람직한 것은 적어도 약 10,000,000 g/몰의 분자량을 갖는 중합체이다.
본 발명의 일 요지로서, 폴리포스파젠은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠] 또는 그의 플루오르화된 알콕사이드 유사체이다. 바람직한 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠] 중합체는 하기 화학식(IA)로 표시되는 반복 단량체로 구성된다:
Figure 112009026629008-PCT00003
식 중에서,
R1 내지 R6은 모두 트리플루오로에톡시(OCH2CF3) 기이고, 또 n은 적어도 약 100 내지 더 큰 분자량으로 다양할 수 있다. 예컨대, n은 약 4,000 내지 약 500,000, 또는 약 4,000 내지 약 3,000 이다. 일 요지로서, n은 약 13,000 내지 약 30,000 이다. 다르게는, 본 발명의 장치의 제조에서 상기 중합체의 유사체를 사용할 수 있다. 용어 "유사체"는 화학식(IA)의 구조를 갖는 단량체로 제조된 중합체를 의미하지만, R1 내지 R6 작용기의 1 이상이 다른 작용기에 의해 치환되며, 중합체의 생물학적 특성이 실질적으로 변경되지 않는 것을 의미한다. 작용기의 예는 에톡시 (OCH2CH3), 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필옥시 (OCH2CF2CF3), 2,2,2,2',2',2'-헥사플루오로이소프로필옥시 (OCH(CF3)2), 2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오로부틸옥시 (OCH2CF2CF2CF3), 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트리데카플루오로옥틸옥시 (OCH2(CF2)7CF3), 2,2,3,3-테트라플루오로프로필옥시 (OCH2CF2CHF2), 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로부틸옥시 (OCH2CF2CF2CF3), 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-도데카플루오로옥틸옥시 (OCH2(CFa)7CHF2) 등을 포함한다. 또한 일부 구체예에서, 1% 미만의 R1 내지 R6 기는 알켄옥시 기일 수 있고, 이것은 더욱 탄성인 포스파젠 중합체를 제공하기 위한 가교반응에 보조할 수 있는 특징이다. 이런 점에서, 알켄옥시 기는, 비제한적으로, OCH2CH=CH2, OCH2CH2CH-CH2, 알릴페녹시 기 등과 그의 조합물도 포함한다.
다른 요지로서, 화학식(I) 또는 (IA)에서 n이 ∝일 수 있다는 것은, 분자량이 적어도 약 70,000 g/몰인 폴리포스파젠 중합체를 포함하는 n의 값을 특정하기 위한 것이다. 다른 요지로서, n은 평균 분자량이 적어도 약 1,000,000 g/몰이 되도록 선택될 수 있다.
또한, n은 평균 분자량이 적어도 약 10,000,000 g/몰이 되도록 선택될 수 있 다. 다른 요지로서, 평균 분자량의 유용한 범위는 약 7 x 106 g/몰 내지 약 25 x 106 g/몰이다.
펜던트(pendant) 측쇄 기 또는 잔기("잔기"라 칭함) R1 내지 R6은 각각 독립적인 변수이므로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, R1 내지 R6은 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. 알콕시, 알킬설포닐, 디알킬아미노 및 기타 알킬-함유 기 내의 알킬 기 또는 잔기는 예컨대 1 내지 20개 탄소원자를 갖는 직쇄 또는 분기쇄 알킬 기일 수 있고, 이 알킬 기는 예컨대 적어도 1개의 할로겐 원자, 예컨대 플루오로르 원자 또는 예컨대 상기 R1 내지 R6 기에서 언급한 것과 같은 기타 작용기에 의해 더 치환될 수 있다. 프로필 또는 부틸과 같은 알킬 기를 특정함으로써, 특정 알킬 기의 이성질체를 포함할 수 있다.
일 양태로서, 알콕시 기의 예는 비제한적으로, 메톡시, 에톡시, 프로폭시 및 부톡시 기를 포함하며, 또한 이들은 더 치환될 수 있다. 예컨대, 알콕시 기는 적어도 1개의 플루오르 원자에 의해 치환될 수 있고, 2,2,2-트리플루오로에톡시는 유용한 알콕시 기를 이룬다. 다른 양태로서, 1 이상의 알콕시 기는 적어도 1개의 플루오로 원자를 함유할 수 있다. 또한 알콕시 기는 적어도 1개의 플루오르 원자를 하유할 수 있거나, 또는 알콕시기는 3개의 플루오르 원자를 함유할 수 있다. 예컨대, 실리콘과 조합된 폴리포스파젠은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠]일 수 있다. 중합체의 알콕시 기는 상술한 구체예와 조합될 수 있고, 이때 1 이상의 플루오르 원자가 다른 기 또는 원자와 조합된 폴리포스파젠 상에 존재한다.
일 양태로서, 예컨대, 치환기 R1 내지 R6 중의 적어도 1개는 비치환된 알콕시 치환기, 예컨대 메톡시 (OCH3), 에톡시 (OCH2CH3) 또는 n- 프로폭시 (OCH2CH2CH3)일 수 있다. 다른 양태로서, 예컨대 치환기 R1 내지 R6 중의 적어도 1개는 적어도 1개의 플루오르 원자에 의해 치환된 알콕시 기이다. 유용한 플루오르 치환된 알콕시 기 R1 내지 R6의 예는, 비제한적으로, OCF3, OCH2CF3, OCH2CH2CF3, OCH2CF2CF3, OCH(CF3)2, OCCH3(CF3)2, OCH2CF2CF2CF3, OCH2(CF2)3CF3, OCH2(CF2)4CF3, OCH2(CF3)5CF3, OCH2(CF2)6CF3, OCH2(CF2)7CF3, OCH2CF2CHF2, OCH2CF2CF2CHF2, OCH2(CF2)3CHF2, OCH2(CF2)4CHF2, OCH2(CF2)5CHF2, OCH2(CF2)6CHF2, OCH2(CF2)7CHF2 등을 포함한다.
알킬설포닐 치환기의 예는 , 비제한적으로, 메틸설포닐, 에틸설포닐, 프로필설포닐, 및 부틸설포닐 기를 포함한다. 디알킬아미노 치환기의 예는 , 비제한적으로, 디 메틸-, 디에틸-, 디프로필-, 및 디부틸아미노 기를 포함한다. 다시, 알킬 기를 프로필 또는 부틸과 같은 것으로 특정하는 것은, 특정 알킬 기의 이성질체를 포함하는 것이다.
아릴옥시 기의 예는 예컨대 적어도 1개의 산소 원자, 비-산소화된 원자를 갖는 1 이상의 방향족 고리 계를 갖는 화합물 및/또는 알콕시 치환기를 갖는 고리를 갖는 화합물을 포함하며, 아릴 기는 예컨대 상기 정의한 바와 같은 적어도 1개의 알킬 또는 알콕시 치환기에 의해 치환될 수 있다. 아릴옥시 기의 예는, 비제한적으로, 페녹시 및 나프톡시 기를 포함하며, 또 치환된 페녹시 및 나프톡시 기를 비롯한 그의 유도체를 포함한다.
헤테로시클로알킬 기는 예컨대 3 내지 10개 원자를 함유하는 고리 계일 수 있고, 이때 적어도 1개 고리 원자는 질소, 산소, 황, 인 또는 이들 헤테로원자의 조합물일 수 있다. 헤테로시클로알킬 기는 상기 정의한 바와 같은 적어도 1개의 알킬 또는 알콕시 치환기에 의해 치환될 수 있다. 헤테로시클로알킬 기의 예는, 비제한적으로, 피페리디닐, 피페라지닐, 피롤리디닐, 및 모르폴리닐 기와 그의 치환된 유도체도 포함한다.
헤테로아릴 기는 예컨대 1 이상의 방향족 고리 계를 갖는 화합물일 수 있고, 이때 적어도 1개의 고리 원자는 질소, 산소, 황, 인 또는 이들 헤테로원자의 조합물일 수 있다. 헤테로아릴 기는 상기 정의한 바와 같은 적어도 1개의 알킬 또는 알콕시 치환기에 의해 치환될 수 있다. 헤테로아릴 기의 예는 , 비제한적으로, 이미다졸릴, 티오펜, 푸란, 옥사졸릴, 피롤릴, 피리디닐, 피리디놀릴, 이소퀴놀리닐 및 퀴놀리닐 기 및 그의 유도체를 포함한다.
실리콘 및 폴리포스파젠을 포함하는 장치의 제조. 의료 장치 및 그 장치를 포함하는 방법은 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠 성분의 정확한 위치에 대하여 제한이 없고, 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠의 조합, 이들 성분 사이에 생길 수 있는 상호작용 또는 결합 메카니즘의 유형에도 제한이 없다. 일반적 용어로, 상기 기재 내용은 본 명세서에 기재된 바와 같이 폴리포스파젠과 조합되는 폴리유기실옥산 을 포함하는 장치를 포함한다.
폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠 성분을 조합하는 장치의 제조 방법 및 조합하는 방법은 비제한적이며 예시적으로 제공된다. 예컨대, 폴리유기실옥산은 임의 방식으로 배합되거나, 혼합되거나, 그라프트되거나, 결합되거나, 층을 이루거나 또는 조합되는 것에 의해 코팅될 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 이들 모든 요지는 폴리포스파젠이 폴리유기실옥산에 의해 부가되어 조합되는 본 명세서에 포함되거나, 또는 임의 물질이 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠을 포함하는 내용에 포함된다. 예컨대 일 요지로서, 폴리포스파젠은 폴리포스파젠을 실리콘의 1 이상의 표면에 부가함으로써 실리콘 포함 장치 또는 의료 장치에 부가될 수 있다. 예컨대, 폴리포스파젠은 실리콘의 외부 표면, 실리콘의 내부 표면, 실리콘의 내부 또는 그의 일부에, 또는 그의 조합물에 부가(코팅, 배합, 그라프트, 결합 등)될 수 있다. 예컨대, 폴리포스파젠은 실리콘의 1 이상의 표면에 부가될 수 있다. 예컨대, 시릴콘 튜브는 튜브의 외부 표면 상에; 튜브의 내부 표면에, 또는 튜브의 내부 및 외부 표면 상에 코팅, 배합, 그라프트, 결합될 수 있다. 장치의 외부 표면과 유체 소통되지 않는 실리콘을 포함하는 장치의 내부 표면 또는 장치 내에서 캡슐화된 내부 표면의 경우, 내부 표면은 제조하는 동안 내부 표면이 캡슐화되지 않은 기간 동안 코팅, 배합, 그라프트, 결합 등일 수 있다. 다르게는, 내부 표면은 개구를 장치에 도입하는 것에 의해 폴리포스파젠에 의해 코팅, 배합, 그라프트, 결합될 수 있으며, 이때 폴리포스파젠은 코팅된, 배합된, 그라프트된, 또는 결합된 내부 표면이 캡슐화되도록 개구를 밀폐하는 것에 의해 내부 표면 상에 코팅, 배합, 그라프트, 결합될 수 있다. 다르게는, 실리콘에 의해 코팅, 배합, 그라프트 또는 결합된 장치는 폴리포스파젠에 의해 실리콘 상에서 부가적으로 코팅될 수 있다. 예컨대, 실리콘을 포함하는 밸브는 폴리포스파젠에 의해 코팅, 배합, 그라프트 또는 결합된 밸브의 1 이상의 표면을 가질 수 있다. 밸브의 표면에 부가된 폴리포스파젠은 폴리포스파젠 표면의 윤활 성질로 인하여 밸브를 통과하는 가스 또는 유체의 흐름에 도움을 줄 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠이 실리콘의 표면에 (코팅, 배합, 그라프트, 결합 등) 부가될 수 있을 때, 상기 조합은 장벽(barrier) 계면을 제공할 수 있고, 실리콘 바디 내외부 또는 그의 표면으로 화합물, 액체 또는 기체의 이동을 방지 또는 조절한다. 이동이 제어될 수 있는 물질의 예는 충전제, 안정화제, 안료, 색소, 염료, 레이크, 계면활성제, 대전방지제, 윤활제, 분리제, 약학제 등과 이들의 조합물을 포함한다. 따라서, 일 양태로서, 실리콘 바디와 폴리포스파젠 코팅의 조합은 생물학적 환경 내에 위치한 실리콘 바디로부터 화합물 누출을 제어하는 것에 의해 생분해를 감소시키는데 도울 수 있다. 이러한 특징은 장치 수명 및/또는 생체안정성을 증가시킬 수 있고 또 바디-표면 상호작용의 바람직하지 않은 효과를 감소시킬 수 있다. 다른 양태로서, 상기 특징은 서로가 긴밀하게 또는 접촉할 때 실리콘 표면의 재퓨징(refusing) 또는 재용접(re-welding)을 방지할 수 있다. 폴리포스파젠은 또한 세균 생장을 견디는 표면을 제공하고, 감소된 혈장 단백질 흡착을 나타내고, 혈소판 접착을 감소시키며, 또 장치의 생체적합성을 향상시킨다.
처리 방법 및 특정 중합체 물질에 따라서, 상술한 수법은 임의 갯수의 폴리 실옥산-폴리포스파젠 구조를 생성할 수 있다. 상기 요지에서, 예컨대, 기재된 방법은 동종중합체, 공중합체, 그라프트 공중합체, 가교 구조, 및/또는 상호침투 네트워크 등의 조합물 형태로 폴리실옥산-폴리포스파젠의 조합물을 제공할 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 기재된 방법은 균질적으로 구조화되고, 구별될 수 없는 고유한 복합체 중합체 네트워크, 또는 이질적으로 구조화된 공중합체를 생성할 수 있고, 이때 상이한 중합체 상은 나노-, 메소- 또는 마이크로구조를 갖는 구별가능하고, 분리된 도메인을 형성한다. 다른 양태로서, 예컨대, 본 명세서에 기재된 수법은 장치의 특정 용도에 의해 목적하는 대로 특정 특성을 복합체 장치에 부여하는 다층 구조와 같은, 외인성의 육안으로 구별가능한 2 또는 3차원 결합된 인터페이셜(interfacial) 중합체 상을 생성할 수 있다. 중합체 네트워크의 각 유형은 중합체 혼합물의 기계적 및 표면 특성에 영향을 줄 수 있고 또 장치에 대한 소망하는 적용에 대해 소망하는 특성 범위를 부여한다.
폴리포스파젠 코팅은 다수의 수법에 의해 적용될 수 있다. 일 양태로서, 예컨대, 본 발명의 폴리포스파젠은 실리콘을 폴리포스파젠의 용액에 침지시키는 것에 의해 실리콘에 적용될 수 있다. 따라서, 용매 증발율, 농도, 용매의 유형, 특정 폴리포스파젠, 폴리포스파젠 농도 범위, 사용된 특정 실리콘, 침지-코팅 변수(온도, 침지-코팅 속도, 용액에서 체류 시간 등) 및 기타 변수를 이용하여 소망하는 두께 및 특정 기질(substrate) 상의 형태를 갖는 고도로 균일하고 및/또는 맞춤된 폴리포스파젠 코팅을 생성할 수 있다. 폴리포스파젠 용액 제조를 위해 다수의 용매가 적합하며, 예컨대 극성 비양성자성 용매가 있다. 다른 양태로서, 물에서 약간의 용 해도 또는 혼화성을 나타내는 극성 양성자성 용매도 또한 잘 작용할 것이다. 예컨대, 적합한 용매는 , 비제한적으로, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 펜틸 아세테이트, 헥실 아세테이트, 헵틸 아세테이트, 옥틸 아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸프로필케톤, 메틸이소부틸케톤, 테트라히드로푸란, 시클로헥사논, 디글라임, t-부틸 메틸 에테르, 디메틸 에테르, 헥사플루오로벤젠, 테트라메틸 우레아, 테트라메틸 구아니딘, 디메틸 아세트아미드 등과 그의 조합물을 포함한다. 이들 용매의 혼합물도 사용될 수 있으며, 또는 용매는 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 메시틸렌, 디에틸 에테르, 물 등과 같은 다른 용매 또는 비용매의 부가에 의해 보충될 수 있다. 또한, 다른 성분이 폴리포스파젠 용액에 부가될 수 있으며, 그 예는 , 비제한적으로, 용매도를 조절하기 위한 공용매, 계면활성제, 접착제 등과 이들의 조합물을 포함한다.
다른 양태로서, 다르게는, 본 발명의 폴리포스파젠은 폴리포스파젠을 실리콘 상에 분무하는 것에 의해 실리콘에 도포될 수 있다. 예컨대, 폴리포스파젠은 분무 코팅 과정에 의해 기질 상에 증착(deposited)될 수 있다. 이 방법은 불규칙으로 성형된 물품을 코팅하는데 특히 적합하다. 유기 용매 중의 폴리포스파젠의 용액은 액체 공급을 쪼개기 위해 특정 압력에서 불활성 담체 가스를 적용하는 공기작용에 의한 노즐을 통하여 분무될 수 있다. 다르게는, 노즐은 최소 압력 또는 압력 저하 초음파 형일 수 있고, 초음파 진탕을 이용하여 용액을 쪼개어 미스트(mist)를 생성한다. 생성된 용액 분무제(nebulas)는 기질에서 코팅되게 하는 목적으로 하며 과정의 정확한 상태에 따라서 두께가 달라지는 기질 상에서 입체적 코팅을 생성한다. 다른 양태로서, 이산화탄소 또는 디메틸 에테르와 같은 적합한 용매 중에서 폴리포스파젠의 초임계 용액은 특정 세트의 온도 및 압력 변수에서 생성되며 심의중인 기질 상에 분무 코팅된다.
본 발명의 다른 양태는 폴리포스파젠이 실리콘의 제조 방법동안 실리콘과 함께 공압출될 수 있고, 그에 의해 새로이 제조된 실리콘은 폴리포스파젠에 의해 코팅된다. 다르게는, 폴리포스파젠은 실리콘 상에 스핀-코팅될 수 있다. 스핀 코팅 방법은 평탄한 표면 상에 매우 얇고, 균일한 필름을 형성하는데 특히 적합하며, 이때 폴리포스파젠 중합체가 적합한 유기 용매에 용해되 용액은 심의중인 기질 상에 스핀 캐스팅된다. 용매 증발율, 농도, 용매의 유형, 폴리포스파젠 농도 범위, 및 스핀 코팅 변수(온도, 주사 속도 등) 등이 이용되어 실리콘 함유 기질 상에서 특정 두께와 형태를 갖는 고도로 균일하고 입체적인 폴리포스파젠 코팅을 생성할 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠를 갖는 실리콘을 코팅하기 위한 다른 과정은 폴리포스파젠을 실리콘 상에 전자-스핀하는 것이다. 따라서, 분무, 침지 코팅, 전자 분무, 스핀 코팅, 전자 스피닝과 같은 다수의 방법이 이용될 수 있다. 실리콘을 폴리포스파젠으로 코팅하는 다른 과정은 폴리포스파젠을 실리콘 상에 석출시키는 것이다. 이러한 과정의 일례는 반응성 가스 또는 불활성 가스 중의 가스 분위기 존재하에서 증기 증착 방법으로 폴리포스파젠을 휘발시키는 것이다. 다르게는, 폴리포스파젠은 감소된 가스 분위기에서 실리콘에 적용될 수 있다.
다른 양태로서, 실리콘 함유 기질은 폴리포스파젠 막을 예비형성한 다음 이 막을 실리콘-함유 기질에 도포하거나, 또는 폴리포스파젠을 실리콘-함유 기질과 접촉시키는 것에 의해 본 발명의 폴리포스파젠으로 코팅할 수 있다. 상기 막은 본 명세서에 기재된 바와 같은 접착 증진제를 사용하여 도포될 수 있거나, 또는 다르게는 상기 막을 기질에 용매 용접하는 것에 의해 도포될 수 있으며, 이때 용매는 막이 기질에 결합되도록 기질의 표면을 개질시킨다. 폴리포스파젠의 막을 형성하는 예는 그 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된 미국특허 7,265,199호에 제공되어 있다. 이론에 얽매이는 것은 아니나, 2개 성분 사이에 반-상호침투성 네트워크가 형성되는 것으로 믿어진다. 그러나, 본 발명은 실리콘과 폴리포스파젠의 임의 조합물을 포함하며, 예비형성된 폴리포스파젠 막은 실리콘-함유 기질에 도포되며, 어떠한 메카니즘에 상관없이 폴리포스파젠 및 실리콘이 상호작용될 수 있다.
다른 양태로서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 과정은 1회 또는 다수회 실시될 수 있다. 예컨대, 폴리포스파젠 층은 실리콘 기질에 1회 또는 다수회 도포될 수 있다. 다수회 도포를 이용하면, 폴리포스파젠 코팅의 두께가 조정되거나 조작될 수 있다. 일 구체예로서, 폴리포스파젠 코팅은 두께에서 실질적으로 1개의 중합체 단층이며, 즉 이 코팅은 단일 중합체 사슬의 관성 반경의 치수에 상응한다. 다른 구체예로서, 폴리포스파젠 코팅은 1개 단층 사이에 존재하며 약 1 ㎛ 두께이다. 다른 구체예로서, 폴리포스파젠 코팅 두께는 약 1개 단층에서부터 약 2 ㎛, 또는 약 1개 단층 에서부터 약 3 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 4 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 5 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 10 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 20 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 40 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 50 ㎛, 또 는 약 1개 단층에서부터 약 75 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 100 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 150 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 200 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 300 ㎛, 또는 약 1개 단층에서부터 약 350 ㎛이다. 당업자는 폴리포스파젠의 두께는 다양할 수 있으며 또 장치 또는 의료 장치의 특정 용도 또는 사용 목적에 따라서 다를 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠은 폴리포스파젠을 실리콘과 배합하는 것에 의해 실리콘에 부가될 수 있다. 예컨대, 폴리포스파젠은 실리콘을 제조하는 공정 동안 실리콘과 함께 배합될 수 있다. 예컨대, 실리콘 탄성중합체가 중합된 후지만 가교되기 전에, 폴리포스파젠은 실리콘에 부가될 수 있고, 또 그 혼합물은 1 이상의 다양한 가교 과정 또는 반응에 처리될 수 있다. 예컨대, 가교 과정은 라디칼 가교, 축합 가교, 부가 가교 등을 포함한다. 다르게는, 실리콘 탄성중합체가 가교된 다음 경화되기 이전에 폴리포스파젠을 부가하여 실리콘 및 폴리포스파젠이 소망하는 농도, 또는 정도로 배합된다. 다른 양태로서, 폴리포스파젠은 사출 성형 공정 동안 실리콘에 부가될 수 있어서 성형 공정 동안 실리콘 및 폴리포스파젠이 필요에 따라 배합된다. 사용된 가공 변수, 예컨대 열적 가교 또는 주위 또는 상승 온도에서 경화와 같은 가공 변수에 따라서, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 실리콘 및 폴리포스파젠의 균일 조합물을 얻을 수 있다.
가능한 다양한 실리콘 제조 방법 동안, 폴리포스파젠은 배합 방법에서 부가될 수 있고, 이때 실리콘은 폴리포스파젠의 소망하는 최종 또는 예비선택된 농도를 달성하기 위해 필요하다. 예컨대, 실리콘 합성 방법 동안, 폴리포스파젠은 특정 양, 특정 온도, 또는 실리콘 및 폴리포스파젠을 포함하는 조성물에 대한ㄴ 폴리포스파젠의 최종 예비 선택된 농도가 달성되도록 특정 비율로 실리콘에 부가될 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠은 다르게는 폴리포스파젠을 실리콘에 그라프팅함으로써 실리콘에 부가될 수 있다. 폴리포스파젠을 실리콘에 그라프팅하는 일개 과정은 2개 성분을 공압출하는 것을 포함하며, 그에 의해 실리콘은 부분적으로 경화되고 또 폴리포스파젠은 부분적으로 경화된 실리콘의 1 이상의 표면에 도포되어 이들 2개 성분이 적합한 구조로 함께 혼합 또는 그라프트된다. 이러한 그라프팅 방법은 실리콘의 1개 표면 또는 실리콘의 1 이상의 표면에 도포될 수 있다. 예컨대, 실리콘계 튜브는 본 발명의 폴리포스파젠과 함께 공압출될 수 있으며, 튜브의 내부 또는 외부 표면 만이 폴리포스파젠에 의해 그라프팅된다. 다르게는, 튜브의 외부 표면 및 내부 표면은 폴리포스파젠에 의해 그라프팅될 수 있다. 다른 양태로서, 가교되고 중합된 실리콘은 1 이상의 표면 상에서 부분적으로 용해화되고 또 상기 부분적으로 용해된 표면에 폴리포스파젠이 부가된다. 일단 도포되면, 이들 물질은 재경화되어, 폴리포스파젠은 실리콘의 1 이상의 표면에 그라프팅된다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠이 실리콘과 조합될 때 몇 개의 단계 또는 실험실 과정이 전형적으로 사용된다. 기질의 성질 및 의도한 용도에 따라서, 기질은 먼저 필요에 따라 초음파에 의해 또는 기질 물질을 다양한 액체 화학적 세정 욕, 용액, 또는 시약에 침지시킨 다음 특정 세정욕을 기준으로 하여 적절한 용매를 사용하여 헹구는 것에 의해 세정될 수 있다. 세정 시약의 예는 , 비제한적으 로, 산화 용액, 산성 용액 또는 알칼리성 에칭 용액을 포함하다. 몇 개의 세정 단계 이후에, 기질은 표면 반응성 접착 증진제를 함유하는 용액에 넣어 기질 상에 접착 증진제의 소망하는 단층 또는 다층을 얻기에 충분한 시간 동안 침지시킬 수 있다. 전형적으로, 과량의 미반응 시약은 추가의 세정에 의해 제거될 수 있으며, 이후에 최종 건조 단계를 실시할 수 있다.
다른 양태로서, 폴리포스파젠 필름을 기질 상에 물리적으로 그라프팅하는 것은 전형적으로 본 발명의 폴리포스파젠 필름을 사용하여 표면을 코팅하기 전에 접착 증진층을 표면 상에 화학적으로 그라프팅하는 것에 의해 기질을 제조함으로서 실시한다. 일 양태로서, 접착 또는 결합 층을 기질에 화학적 결합을 실시하기 위하여, 기질 표면은 히드록실 기가 풍부해지도록 만들어 접착 증진제에 대한 고정 부위로 작용하게 한다. 예컨대, 실리콘 기질은 플라즈마 활성화되어 적합한 반응성, 히드록실화된 표면을 생성할 수 있거나, 또는 다르게는, 실리콘 기질은 산정, 염기성 또는 산화성 화학 시약으로 처리될 수 있다. 어떠한 이론에 얽매이는 것은 아니나, 다른 것 중에서도, 상기 과정은 기질과 폴리포스파젠 필름 사이에 소망하는 매력적인 인터페이셜력을 생성하여 주합체 필름이 접착 불량에 의해 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 과정은 기질과 폴리포스파젠 코팅 용액의 표면 에너지를 조절하는 작용을 하여 코팅하는 동안 상기 용액이 데웨팅(dewetting)을 방지함으로써 균일한 구조의 필름이 증착되게 한다.
예컨대, 실리콘은 수산화 칼륨 또는 수산화나트륨의 희석 용액에 침지된 다음 접착 증진제로 처리될 수 있다. 예컨대, 실리콘은 염기의 농도, 실리콘의 유형, 실리콘의 가교 정도, 온도 등을 기본으로 하여 조절될 수 있는 시간 동안 5.7% (중량 대 부피) 염기 용액에 침지된 다음, 접착 증진제의 침적 후, 폴리포스파젠과 접촉시킨다. 5.7% (중량 대 부피) 염기 용액을 사용할 때, 전형적인 침지 시간은 많은 실리콘의 경우 약 1 내지 약 10분이다.
본 발명의 일개 양태에서, 접착 증진제는 다음 방식으로 이용될 수 있다. 일반적 용어에서, 예컨대, 본 발명의 기질과 폴리포스파젠 중합체 사이의 계면은 접착 증진제 또는 링커를 포함할 수 있다. 예컨대, 일개 양태로서, 접착 증진제는 산 성분 및 아민 성분을 포함할 수 있다. 산 성분 및 아민 성분은 상이한 기질, 물질 또는 분자 또는 단일 기질, 물질, 또는 분자에 존재할 수 있다. 상기 양태에서 예컨대 본 발명의 기질 및 포스파젠 중합체에 대한 접착 증진제 성분의 배향은 다음 방식으로 표시될 수 있다:
기질 - 산 성분 - 아민 성분 - 포스파젠 중합체.
상기 양태에서, 산 성분은 잔 작용성을 제공하는 잔기를 포함할 수 있고 또 예컨대 물과 가수분해시 히드록실(OH-) 기를 형성하는 산, 그의 에스테르, 그의 부분적 에스테르, 또는 산 할라이드로부터 선택될 수 있다. 산 성분을 제공하는 물질의 예는 , 비제한적으로, 카르복시산, 인산 또는 포스폰산 유도체, 황산 또는 설폰산 유도체, 오르토규산 유도체, 보론산 유도체, 티탄산 유도체, 및 물과 가수분해시 OH- 기를 형성하는 것으로 공지된 기타 모든 공지된 종, 화합물, 조성물, 혼합물, 또는 잔기를 포함한다. 상기 양태에서, 아민(또는 아미딘) 성분과의 결합은 예 컨대 산 성분과 유리 아민과의 반응에 이어 탈수반응에 기인한 전형적인 아미드 결합에 의해 작성될 수 있다. 다른 양태로서, 아미드 결합은 산 성분이 산 할라이드를 포함할 때 히드록실 대신 할라이드 기를 제거함으로써 작성될 수 있다. 어떠한 이론에 얽매이는 것은 아니나, 기질 성분 결합 자체는 에테르 형성 또는 수소 결합에 의한 방법에 의해 또는 산 잔기 또는 성분이 기질과 효과적으로 반응할 수 있는 방법에 의해 작성될 수 있다. 다른 양태로서, 예컨대 아미노산은 접착 증진제로서 유용하며 또 산 성분 및 아민 성분이 단일 분자 내에 존재하는 분자의 전형적인 예를 제공한다.
본 발명의 일개 양태로서, 아미노프로필트리알콕시실란과 같은 아미노알킬트리알콕시실란은 폴리포스파젠 및 실리콘과 조합되어 사용될 때 접착 증진제로서 작용하며, 그 예는 이하에 나타낸 화학식(II) 및 (II)에 따른 화합물을 포함한다:
Figure 112009026629008-PCT00004
상기 화학식(II) 및 (III)에서, R1은 -O알킬, -O알킬 에스테르, 또는 알킬로부터 선택될 수 있고; R2는 -O알킬로부터 선택될 수 있으며; R3은 H 또는 알킬로부터 선택될 수 있고; 또 R4는 H 또는 알킬로부터 선택될 수 있으며, 이때 알킬은 본 명세서에 정의된 바와 같고, 또 R1 또는 R2의 적어도 1개는 가수분해성 -O알킬 기를 포함한다. R1 또는 R2의 적어도 1개는 가수분해성 기를 포함하기 때문에, 가수분해 반응이 일어나서 공유결합성 표면 그라프팅을 형성한다. 화학식(II) 및 (III)에 대하여, m은 0 내지 약 20의 정수일 수 있고, 또 m은 전형적으로 2 내지 12의 정수이며, m은 바람직하게는 3이다. 또한, n은 0 내지 4의 정수일 수 있고, 전형적으로 1 또는 2로부터 선택된다. 예컨대, 일 양태로서, R3 및 R4는 모두 H일 수 있고, 또는 다른 양태로서, R3 및 R4는 모두 CH3 일 수 있고, 이때 m은 3 이고 또 n은 1 또는 2이다. 이론에 얽매이는 것은 아니나, 일시적이든 영구적이든 포지티브 2중극자 또는 4중극자 모멘트를 갖는 실옥산 접착 증진제의 펜던트 기는 트리플루오로에톡시화 같은 플루오르화된 알콕사이드 기를 비롯한, 폴리포스파젠의 음으로 편광된(polarized) 플루오르화된 펜던트 기와 바람직한 상호작용을 생성하는 것으로 믿어진다. 예컨대, 디메틸아세트아미드, 트리메틸우레이도, 펜타플루오로페닐, 4급 아민, 삼급, 이급, 일급 아민 및 알킬화된 아미드 등과 같은 펜던트 기는 양호한 접착을 나타낸다.
본 발명의 다른 양태로서, 펜타플루오로페닐 펜던트 기를 갖는 예시적 화합물은 바람직한 실란올 말단 기를 나타내는 하기 화학식(IV)의 화합물을 포함할 수 있다:
Figure 112009026629008-PCT00005
R1 및 R2에 의해서만 상이하고, 이때 R1 및 R2는 OMe, OEt, 또는 OPr으로부터 선택되는 접착 증진제의 유사체 -O알킬 시리즈에 대한 각 가수분해율을 대조하면 OMe에서부터 OPr로 진행함에 따라 가수분해율이 감소됨을 나타낸다. 예컨대, (OMe)3 말단 실란은 산성화된 수성 메탄올 중에서 (OEt)3 말단캡핑된 실란에 비하여 70배 더 빠르게 가수분해될 것이다. 따라서, 실란 말단 기의 선택은 소망하는 반응 시간을 충족하도록 조절될 수 있다. 더 느린 반응 시간이 필요하지 않은 한, (OMe)3 치환된 실란이 전형적으로 사용된다.
다른 양태로서, 생성한 실옥산 올리고머 및 중합체의 탄성계수의 제어를 위하여, 가교 작용성은 -O알킬을 실옥산 말단에 있는 알킬로 치환하는 것에 의해 3에서 1로 감소시킬 수 있다. 예컨대, 증가된 유연성을 갖는 실옥산 접착-증진 다층을 위해서는 메틸로부터 선택된 R1이 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 가스상 침적 과정에도 아주 적합한 부가적인 실란 접착 증진제에 의해 제공되며, 그 예는 하기 화학식(V) 및 (VI)로서 제공된다:
Figure 112009026629008-PCT00006
예컨대, 상기 화학식(V) 및 (VI)에서, R1은 -O알킬 또는 알킬로부터 선택될 수 있고; 또 R2는 H 또는 알킬로부터 선택될 수 있다. 화학식(V) 및 (VI)의 접착 증진제는 환경이 수성이건 무수이든 관계없이 액체 상 및 가스상 실란 증착(deposition) 방법에 적합하다. 따라서, 일 양태로서, 이들 접착 증진제는 히드록실 풍분한 표면과 반응할 수 있기 전에 가수분해될 필요가 없다. 예컨대, 이론에 얽매이는 것은 아니나, 화학식(V) 또는 (VI)은 접촉 즉시 표면 결합된 히드록실 기와 반응하는 것에 의해 개환(ring-opening) 수순을 개시하여 열린 사슬 변이체를 얻을 수 있다. 또한 접착 증진제의 반응 속도는 편리하다. 본 명세서에 기재한 바와 같이, 이러한 표면 변형은 에칭제, 산화 용액, 휘발성 용매 및 기타 반응성 종(species)을 사용하여 액체 상으로 실시할 수 있다. 또한, 상기 접착 증진제를 이용하는 방법은 접착 증진제의 균일하고 매끈한 증착을 얻으며, 또 필름 두께는 접착 증진제의 농도 및 퇴적 시간에 따라 달라질 것이다.
표 2에서, 이들 개별 성분, 즉 기질, 산 성분과 아민 성분에 의해 기재된 바와 같은 접착 증진제, 및 폴리포스파젠의 예가 기재되어 있다. 완전한 산성 성분의 예는 표 2에 제공되어 있지만, 아민 부분 또는 아민 성분을 구성할 수 있는 분자 또는 조성물의 일례가 예시되며, 이때 R은 당업자들이 이해하는 바와 같이 알킬, 아릴, 치환된 알킬 등일 수 있다. 임의 개별 성분은 동일 모듈 성분 유형(칼럼) 내에서 다른 개별 성분으로 상호교환될 수 있다. 표 2는 기질, 산 성분, 아민 성분 및 폴리포스파젠에 대한 모듈 성분 "라이브러리"를 제공한다.
표 2
Figure 112009026629008-PCT00007
상기 양태에서, 예컨대, 상기 방법은 1 이상의 할로알킬 기를 함유하는 알콕시실란을 조합하고 또 테트라메틸구아니딘 또는 폴리에틸렌이민을 증착할 때 사용될 수 있다. 또한, 이론에 얽매이는 것은 아니나, 금속이 기질로 사용되면, 상술한 바와 같은 아미노산은 금속 카르복실레이트 형성으로 인하여 직접적으로 증착될 수 있다.
다른 양태로서, 접착 증진제 상호작용에는 예컨대 화학적 그라프팅 방법 등에 의해 강한 화학적 상호작용이 이용될 수 있다. 예컨대, 디알코올 측쇄가 접착 증진제의 일부로서 사용될 수 있고, 이때 중합체 측쇄에 의해 에테르 결합을 형성하는 것에 의해 접착층을 중합체 층에 결합시킬 수 있다. 이 양태는 전형적인 방식 으로 단순히 쌍을 이루게 하는 대신 측쇄의 말단을 함께 융합하게 한다. 예컨대, 이러한 수법은 치환하는 동안 모노보호된 알코올 작용기를 사용하는 것에 의해 가능하며, 이 경우 소량의 이들 작용 측쇄기를 함유하는 공중합체로서 폴리포스파젠을 얻을 수 있다. 이 경우에서, 보호기는 수분에 약할 수 있다.
화합물을 실리콘에 그라프팅하는 것과 같은 수법은 기재되어 있고, 또 본 명세서에 기재된 발명은 이들 과정에 한정되지 않는다. 실리콘을 다른 화합물에 그라프팅하기 전에 실리콘의 표면을 제조하는 다른 예는 예컨대 미국특허 5,494,756호에서 찾아 볼 수 있다.
이론에 얽매이는 것은 아니나, 다른 양태로서, 예컨대, 실리콘 및 폴리포스파젠의 적합한 조합물은 랜덤 공중합체, 교대 공중합체, 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 기타 공중합체와 같은 그의 공중합체, 실리콘 함유 기질과 폴리포스파젠 사이의 상호침투성 네트워크, 또는 이들 물질의 배합물을 포함한다. 일 양태로서, 예컨대, 약어 "A"는 [-P=N-] 주쇄를 갖는 화학식(I)에 따른 폴리포스파젠[-Rx 2P=N-] 잔기 (이때 x는 1 내지 6의 정수임)를 지칭하기 위해 사용하고, 또 약어 "B"는 [-Si-O-] 주쇄를 갖는 실리콘 [-R2Si-O-] 잔기 (이때 R은 독립적으로 본 명세서에 기재된 바와 같은 실리콘 치환기임)를 지칭하기 위해 사용하며, 본 발명에 포함되는 중합체, 구조 모티프 및 실리콘-폴리포스파젠 조합물의 일부는 다음과 같이 예시된다:
Figure 112009026629008-PCT00008
Figure 112009026629008-PCT00009
이론에 얽매이는 것은 아니나, 상기 예시된 내용에서 실리콘-폴리포스파젠 주쇄 대 주쇄(backbone-to-backbone) 결합 이외에, 본 발명의 다른 양태는 다음 구조를 특징으로 하는 실리콘-폴리포스파젠 조합을 포함한다: 1개 중합체의 1 이상의 측쇄 기를 다른 중합체의 1 이상의 주쇄 단위에 결합시키는 조합; 1개 중합체의 1 이상의 측쇄 기를 다른 중합체의 1 이상의 측쇄 기에 결합시키는 조합; 및/또는 모든 가능한 그의 변형. 또한 이들 결합은 공중합체를 형성하는 2개 중합체에만 한정되지 않으며, 제3 또는 더 부가적인 중합체, 또는 주쇄 또는 측쇄 사이를 비롯하여 중합체 사이의 결합 형성에 관여하는 적합한 결합 잔기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 양태는 또한 본 명세서에 기재된 바와 같이 에틸렌이민, 아미노실란 등과 같은 연결 층 또는 접착 증진제를 포함한다.
중합체의 배합물은 흔히 그러한 중합체에 대한 적합한 공용매를 사용하는 것에 의해, 또는 용융물을 사용하는 것에 의해 형성되는 실리콘과 폴리포스파젠 중합체의 혼합물로서 기재될 수 있다. 1 이상의 내부상(interphase)을 갖는 이질 배합물의 형성 이외에 균일하거나 내부구배(intergradient) 배합물의 형성도 달성될 수 있다. 배합물 중의 실리콘 및 폴리포스파젠의 모든 비율은 본 발명에 포함된다.
다시, 이론에 얽매이는 것은 아니나, 상호침투성 네트워크는 1개 중합체로부터 다른 중합체로 확산하는 중합체 사슬(측쇄 기를 갖는 주쇄 단위), 및 상이한 중합체 사이에 적합한 접착을 생성하기 위하여 다른 중합체의 중합체 사슬과 상호작용 측면에서 이해될 수 있다. 이 양태에서, 용어 세미-상호침투성 네트워크가 흔히 이용되며, 1개 중합체(예컨대 실리콘-함유 중합체)는 가교된 중합체 사슬을 포함하는 반면에, 다른 중합체(폴리포스파젠)은 비가교될 수 있고 또 다른 중합체로 확산된다. 세미-상호침투성 네트워크는 1 이상의 중합체가 가교되어서 안정한 네트워크 매트릭스를 형성하는 반면에 다른 중합체는 비가교인 점에서 상호침투성 네트워크와 상이할 수 있다. 본 발명의 다른 양태인 진실한 상호침투성 네트워크에서, 양쪽 중합체는 가교될 수 있다.
상기 기재된 조합물 또는 공중합체를 형성하기 위하여 몇 개의 합성 전략이 이용될 수 있다. 일 양태로서, 예컨대, 공중합체는 실리콘 및 폴리포스파젠의 단량 체 전구체 또는 소형, 저분자량의 올리고머의 적합한 혼합물을 동시에 또는 유사한 시간에 공중합하는 것에 의해 형성될 수 있다. 1개 중합체의 단량체/전구체 단위를 다른 중합체에 부착시킨 다음 이들 단량체 단위를 중합하면서 다른 중합체의 주쇄에 그라프팅하는 것에 의해, 안정한 공중합체가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 적합한 포스파젠 전구체를 적합한 실옥산 전구체 또는 실옥산 중합체 사슬과 공중합함으로써 실시할 수 있다. 이 예에서, 상기 방법은 B상에 그라프트된 A의 공중합체를 제공할 것이며, 폴리포스파젠 사슬(및/또는 이들의 전구체)은 실옥산의 주쇄 상에 그라프팅된다.
이 유형의 그라프팅 방법은 폴리포스파젠 상에 대한 실리콘 중합체 상의 거리와 관련하여 그라프팅된 폴리포스파젠 측쇄의 분자량의 점진적 증가를 포함할 수 있다. 분자량의 점진적인 변동은 실리콘 중합체 상에 대한 폴리포스파젠 중합체의 확산을 증가시킬 것이고 표면 에너지의 점진적 변화를 허용하여 2개 중합체 사이에 더 강한 접착을 초래할 것이다.
다른 양태로서, 상기 유형의 그라프팅은 중합체의 말단 위치에 실옥산 고정 기를 함유하는 폴리포스파젠 중합체를 사용함으로써 달성될 수 있다. 가수분해 불안정한 알콕시 치환기를 갖는 점으로 인하여, 이들은 경화되는 동안 실리콘 중합체와 조합될 것이다.
다른 양태로서, 상기 공중합체는 반응성 실리콘 기를 적합한 반응성 단쇄 실옥산 측쇄 기를 갖는 폴리포스파젠 중합체 주쇄에 그라프팅함으로써 형성될 수 있다. 예컨대, 적합한 개수의 실옥산 "고정" 기를 함유하는 폴리포스파젠 중합체는 표준 실리콘과 유사하게 경화 반응을 거치도록 합성될 수 있다. -[NP-(OSiR1R2R3)2]n- 결합의 가수분해성 성질로 인하여, 실리콘 원자 상에 벌키 치환기(R1, R2, 및/또는 R3)를 사용하는 것이 바람직하며, 폴리포스파젠 PN 중합체 주쇄에 대한 입체 보호를 얻고, 또 가수분해로부터 이들 잔기를 안정화시키는 동시에 반응성 치환기(R1, R2, 및/또는 R3의 적어도 하나)를 제공하여 편리한 가수분해와 기존의 실옥산 네트워크에 가교를 허용한다.
상기 양태에서, 이하의 구조는 폴리포스파젠 주쇄에 결합되거나 또는 삽입된 적합한 실옥산 고정 기의 일례이다:
Figure 112009026629008-PCT00010
상기 예에서, 다음의 화학적 치환 반응은 그라프팅된 폴리포스파젠 실옥산 공중합체를 허용할 수 있는 반응 시나리오를 나타낸다. 1) 폴리클로로포스파젠 또는 폴리알콕시포스파젠과 같은 폴리포스파젠 전구체를 금속화된 실란올 종과 반응시키고 금속 할라이드 또는 금속 알콕사이드를 제거하는 것에 의해 -[NP(OSiR1R2R3)2]- 잔기를 얻을 수 있다. 금속화된 실란올을 형성하기 위해 사용될 수 있는 시약은 그리나드 시약, 유기리튬 시약, 유기구리 시약, 유기아연 시약 등 을 포함할 수 있다. 따라서, 실란올 HOSiR1R2R3의 금속화는 금속 실라놀레이트 (Mj(OSiR1R2R3)k (이때 j 및 k는 금속 이온의 동일성에 따라 달라진다)를 형성할 것이며, 이것은 약한 알콕시 치환기를 갖는 할로-폴리포스파젠 또는 포스파젠에 대하여 충분히 반응성이다. 금속은 , 비제한적으로, 1, 2, 11, 12, 13 및 14족 금속을 포함할 수 있고, 바람직하게는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연, 주석, 또는 구리이다. 2) 폴리클로로포스파젠과 같은 폴리포스파젠 전구체와 적합한 아미노(유기)실란 또는 아미노-(유기)실옥산 시약과의 반응은 소망하는 폴리포스파젠-실옥산 공중합체와 함께 염산 또는 기타 적합한 이탈기를 형성할 것이다. 후자의 경우, 반응은 경우에 따라 염기 존재하에서 실시할 수 있다.
다른 양태로서, 공중합체 형성에서 부가적 전략은 적합한 시약에 의해 측쇄 기를 결합시키는 것을 포함한다. 이것은 예컨대 폴리포스파젠 중합체의 활성화된 (유기) 이중 결합 고정 기와 반응한 유기실리콘 수소화물 종에 의해 달성될 수 있다. 다르게는, 이것은 예컨대 플루오르 치환기를 플루오로유기 포스파젠 측쇄기로부터 실릴 기 함유 측쇄 기로 전달하는 플루오르 배치 반응과 같은 그라프팅된 실옥산 중합체의 측쇄 아암에서 반응에 의해 달성될 수 있다.
상술한 기재 내용을 이용하여 수소 결합과 같은 비교적 약한 물리적 또는 화학적 상호작용 대신, 더 강한 결합 상호작용은 디알코올 측쇄가 접착 증진제의 일부로서 사용될 때 화학적 그라프팅에 의해 제조될 수 있다. 이 양태는 또한 전형적인 방식으로 단순히 쌍을 이루는 것 대신 측쇄의 말단의 용융을 허용할 것이다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 안정한 상호침투성 네트워크의 형성은 폴리포스파젠 상에 대한 실리콘 중합체 상의 거리와 관련하여 특정의 증착된 폴리포스파젠 중합체의 증가하는 분자량을 사용한 폴리포스파젠 층의 단계적 증착을 포함할 수 있다. 분자량에서 점진적 변동은 폴리포스파젠 중합체가 실리콘 중합체 상으로의 확산을 증가시킬 수 있으면서 표면 에너지의 점진적 변화를 허용하므로 성분들 사이에 접착력을 증가시킨다.
또한 실리콘에 대한 일급 폴리포스파젠 층의 초기 결합은 앞서 기재한 바와 같은 적합한 전구체의 증착에 이어 열적, 방사선 유도된, 또는 플라즈마-유도된 중합반응, 앞서 기재되고, 실리콘 도메인 내에 내부확산된 바와 같은 폴리포스파젠 또는 그의 전구체의 가교 반응을 포함할 수 있다.
본 명세서에 제공된 바와 같이, 기재된 장치 및 방법은 실리콘 및 폴리포스파젠 성분의 정확한 위치에 한정되지 않으며, 또 상세한 설명은 실리콘이 코팅되고 및/또는 반응한 중간층에 의해 코팅되거나(또는 층을 이루고), 배합(또는 혼합)되거나, 그라프트되거나, 결합되거나, 가교되거나, 공중합되거나, 코팅 및/또는 반응될 수 있거나, 또는 폴리포스파젠과 조합될 수 있다고 기재되어 있다. 따라서, 실리콘과 조합되거나 실리콘에 부가된 폴리포스파젠은 2개 분자의 공중합체를 기재하기 위해 사용될 수 있으며, 이때 1개 화학 잔기는 2개 중합체를 함께 결합시키는 것에 의해 다른 화학적 잔기에 부가되었다. 표현 "폴리포스파젠에 부가된 실리콘" 또는 "실리콘에 부가된 폴리포스파젠" 또는 이들 기재에 대한 변형은 폴리포스파젠 측쇄를 함유하는 실리콘을 포함하거나, 다르게는 이들 중합체가 폴리포스파젠 측쇄 를 실리콘에 결합 또는 혼입하는 것에 의해 형성될 수 있다. 결합은 공유결합 또는 이온 결합일 수 있다. 폴리포스파젠을 실리콘에 부가하는 일 양태로서, 폴리포스파젠은 폴리포스파젠의 두께가 제어되고 또 폴리포스파젠과 실리콘 사이의 화학적 결합의 유형이 본 명세서에 기재된 바와 같이 시약 또는 전구체의 선택에 의해 제어되는 방식으로 실리콘에 부가될 수 있다.
당업자는 본 발명의 실리콘 및 폴리포스파젠의 상호작용을 설명하기 위한 내용에서 일반적으로 사용되는 코팅, 배합, 그라프팅, 결합 등과 같은 용어 이외에, 본 발명에 포함되는 실리콘 및 폴리포스파젠의 다양한 조합을 설명하기 위하여 부가적인 용어가 이용될 수 있음을 인식할 것이다. 상기 양태에서, 예컨대, 접착, 점착, 아교, 고정, 접합, 결합, 부착, 시멘트, 연결, 부착, 혼합, 용접, 고정, 용해, 아말가메이트, 첨부, 내부혼합, 혼합(admix, mix), 단일화, 통합, 및 조합과 같은 용어는 폴리포스파젠을 실리콘에 부가하는 것을 설명하기 위해 본 명세서에 사용된 용어 이외에 사용될 수 있는 용어의 예이다.
기재된 고유하거나 또는 외인적으로 구조화된 중합성 복합체 물품을 초래하는 공정 수법은 물리적 또는 화학적 상호작용 또는 이들 모두를 통하여 긴밀하게 결합된 네트워크를 달성한다. 일 양태로서, 상이한 중합체 상 사이의 계면 접촉 영역은 이들 사이의 접촉 상호작용을 향상시키기 위하여 결합 과정 동안 최대화될 수 있다.
접착 증진제, 연결층 및 예비처리. 중합체 상 사이의 향상된 접착을 위하여, 표면 에너지 각각의 응집성 에너지 밀도를 매칭하여 부가 또는 조합하는 동안 폴리 포스파젠 중합체를 실리콘 탄성중합체 기질에 적용하여 균일하고 등각 접촉을 달성한다. PDMS, Silastic® 및 기타 유사한 실리콘 탄성중합체와 같은 중합체의 표면은 보통 소수성이며, 이는 이들이 낮은 표면 에너지를 갖는 것을 의미하므로 친수성 화합물 또는 조성물에 의해 용이하게 코팅될 수 없다. 낮은 표면 에너지 중합체의 다른 특징은 이들 기질이 정전기적으로 하전되므로 주위 분진 입자를 용이하게 수집할 수 있는 것이다. 코팅될 중합체 기질의 양호한 세정성, 습윤성, 및 개선된 접착성을 달성하기 위하여, 이들 기질은 다양한 수법을 이용하여 예비처리되어 표면을 활성화시킬 수 있다. 이러한 활성화 수법은 기질의 극성을 증가시키고 또 접착력, 습윤성, 및 비-대전성 및 비-오염 특징을 증가시키기 위한 표면 에너지를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 방법은 그 자체가 라텍스(그 자체는 이소프렌 단위를 기본으로 한 중합체임)와 공중합체를 형성하기 위하여 사용될 수 있는 실리콘인 Silastic®에 적용될 수 있다. 이소프렌 및 디메틸비닐 기는 이하에 예시한다. 공중합된 라텍스 및 Silastic® 물질의 경화는 백금 촉매(부가 유형) 또는 퍼옥사이드 경화(가열)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 열 및 퍼옥사이드 경화가 유용한 성형 방법에도 적용될 수 있으며, 이때 톨루엔은 공통 용매이고 또 벤조일 퍼옥사이드는 유용한 경화제이다.
Figure 112009026629008-PCT00011
중합체의 충분한 표면 활성화를 제공할 수 있는 기질 예비처리의 다수 예가 사용되어 왔다. 상기 양태로서, 전형적인 과정은 , 비제한적으로, 산성, 염기성 또는 산화성 용액을 함유하는 공격적(aggressive) 화학욕을 사용한 습윤 화학 처리를 포함한다. 이러한 과정은 폴리포스파젠을 실리콘 또는 실리콘-함유 기질에 접착 및/또는 결합시키는 것을 돕기 위해 본 발명에서 사용될 수 있다.
상기 양태로서, 중합체 기질은 (할로-) 유기 용매에 팽윤시킨 다음 크롬 황산, 질산, (수소-) 과산화물, 퍼옥소디설페이트, 카로산(Caro's acid) (과황산, SO2(OH)(OOH)), 오존 등을 함유하는 산화성 용액으로 처리한다. 다른 예비 처리 과정은 브롬 포화 수를 사용한 중합체 기질의 습윤 화학 처리 또는 알칼리 또는 알칼리토 수산화물을 기본으로 한 알칼리성 용액을 사용한 처리를 포함한다. 다른 처리는 폴리이미드 표면을 플루오르화수소산 또는 나트륨과 반응시켜 표면 에너지에서 소망하는 변화를 초래하는 것을 포함한다.
표면 처리 수법의 다른 양태는 예컨대 표면 에너지에서 소망하는 변화를 초래하기 위해, 중합체 기질을 화염 열분해에 노출시키는 수법, 플루오르화, x-선 또는 기타 방사선에 화학선 노출, 양성 또는 음성 이온화 및 e-비임 조사, 코로나 방전 또는 플라즈마 가공 방법을 포함한다. 제일 마지막에 언급한 2개 수법은 코팅할 중합체 물질의 표면 처리를 위해 널리 사용되고 있으며, 간단히 설명하면 다음과 같다.
코로나 방전은 보통 중합체 기질을 직접 전류-생성된, 대기 코로나(스파크) 방전에 노출시켜 환경에 존재하는 공기로부터 고 반응성 오존을 생성한 다음 이 오존과 중합체 기질의 상부 표면을 반응시켜 결합용으로 적합한 산화되고, 화학적으로 반응성이며, 고 표면 에너지 중합체를 생성한다.
다른 플라즈마 가공 수법은 대기 또는 저압 환경의 실온- 또는 약간 승온에서, 중합체 기질을 무기 및 유기 가스를 사용하여 다양한 전력(통상 수백 내지 수천 와트)의 AC-, DC- 또는 마이크로웨이브-생성된 플라즈마로 처리하는 것을 포함한다. 유기 및 무기 가스의 예는 , 비제한적으로, 아르곤, 헬륨, 질소, 수소, 산화질소, 산소, 공기, 염화수소, 플루오르, 브롬, 염소, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, 알칸, 방향족 화합물, 할로알칸 및 방향족 화합물, 및 유사 화합물 단독 또는 적당히 조합한 것을 포함한다. 이러한 플라즈마 공정은 표면 에너지 및 화학적 작용성에서 소망하는 변화를 초래할 수 있다.
상기 양태는 실리콘-함유 기질에 적용되므로, 표면 에너지의 변화를 확인하기 위하여 실리콘-함유 기질 상에서 플라즈마 활성화 처리의 효과를 모니터링하기가 비교적 용이하다. 예컨대, 이러한 일개 방법은 플라즈마 처리 하기 전 및 후에 기질의 접촉각을 측정한다. 천연 플라스틱 기질은 전형적으로 물질의 소수성 성질로 인하여 높은 접촉각을 나타낸다. 플라즈마 활성화 후, 예컨대 질소/산소 분위기 중의 플라즈마 활성화 후에, 기질 표면은 표면 상에서 히드록시 기의 생성으로 인 하여 친수성으로 된다. 따라서 접촉각은 플라즈마 활성화 후에 현저히 감소될 것이다.
혈장 활성화 방법은 기질에 아주 부드럽고 필요에 따라 몇 회 반복될 수 있다. 효과적인 표면 처리에 필요한 시간은 기질의 접촉각이 일정하게 유지될 때까지 감소될 수 있다. 기질 에칭의 우려는 연속 혈장 처리의 증가된 기간 후, 통상 약 15분 이상 이후에 생긴다. 처리된 기질 표면은 전형적으로 약 10분 내지 수 시간 동안 활성으로 잔류하지만, 이 시간은 개별 처리, 활성화된 표면이 유지되는 조건 또는 활성화된 표면이 활성화 이후에 접촉하게되는 임의의 반응성 종에 따라서 다양할 수 있다.
관심을 두고 있는 기질이 충분히 세정되고 또 상술한 방법 중의 하나에 의해 활성화되거나 또는 유사한 수법에 의해 활성회되면, 기질은 더 처리되어 실리콘-함유 기질과 반응되거나, 배합되거나, 그라프트되거나 또는 조합될 폴리포스파젠에 대한 화학적으로 또는 물리적으로 반응성인 표면 또는 층을 생성한다. 습윤 화학 방법 및 건식 수법에 대해 상기 기재한 바와 같이, 중합체 기질은 액체 또는 가스 상태로 표면 변형제와 접촉할 수 있다.
플라즈마 및 코로나 방전을 기본한 수법에서 소망하는 표면 작용성을 부여하기 위하여, 예컨대 가스성 산소를 사용하여 히드록시-, 카르복시-, 알데히드- 또는 퍼옥시-기를 중합체 기질 상에서 생성할 수 있다. 암모니아를 사용하여 기질에 대하여 아미노- 또는 이미노-작용성을 부여할 수 있다. 또한, 수소를 사용하여 실리콘 표면에 대하여 히드리드-작용성을 제공할 수 있다. 따라서, 당업자가 이해하는 바와 같이, 표면 작용성은 플라즈마 및 코로나 방전이 실시되는 시약 가스의 선택에 의해 맞춤될 수 있다.
폴리포스파젠이 실리콘에 부가되는 상술한 양태에서, 이들 과정은 본 발명의 폴리포스파젠을 실리콘에 부가하는 방법에 도울 수 있는 다수의 단계 또는 시약에 의해 보충될 수 있다. 일 양태로서, 화합물 또는 조성물은 실리콘 및 폴리포스파젠을 접촉 또는 부가하여 폴리포스파젠이 실리콘에 접착되는 것을 용이하게 하는 과정에 포함될 수 있다. 예컨대 접착 증진제 또는 스페이서(spacer)는 실리콘 표면에 부가하되고, 폴리포스파젠에 부가되고, 실리콘 또는 폴리포스파젠에 배합되거나, 실리콘에 그라프트되거나, 실리콘에 결합되거나 또는 폴리포스파젠은 폴리포스파젠에 부가되기 전에 실리콘에 부가된다.
이론에 얽매이는 것은 아니나, 상기 양태로서, 접착 증진제는 이온 및/또는 공유 결합에 의해, 또는 반 데어 발스 또는 수소 결합 상호작용과 같은 다른 낮은 에너지 상호작용에 의해, 또는 그의 조합에 의해 접착 증진제를 실리콘 또는 폴리포스파젠에 커플링시키는 것에 의해 폴리포스파젠이 실리콘에 접착되는 것을 개선시킬 수 있다. 일 양태로서, 예컨대, 폴리포스파젠이 실리콘-함유 기질에 부착되는 것은 실리콘의 플라즈마 활성화 단계에 의해 향상되어 히드록실화된 표면 또는 층과 같은 반응성 잔기를 생성하며, 이들은 접착 증진제 또는 폴리포스파젠에 결합될 수 있다.
상기 양태 이외에, 접착 증진제 또는 스페이서는 극성 말단 기를 함유할 수 있고, 그 예는 , 비제한적으로, 히드록시, 카르복시, 카르복실, 아미노, 니트로 기 등을 포함한다. 또한, O-ED 형 말단 기가 사용될 수 있고, 이때 "O-ED"는 알콕시, 알킬설포닐, 디알킬 아미노, 또는 아릴옥시 기 또는 헤테로원자로서 질소를 갖는 헤테로시클로알킬 또는 헤테로아릴 기를 의미한다. 상기 경우에서, O-ED형 말단 기는 예컨대 염소 또는 플루오르와 같은 할로겐에 의해 비치환 또는 치환될 수 있다. 이 양태에서, 플루오르-치환된 O-ED 기는 잘 작용한다.
본 발명의 다른 양태로서, 접착 증진제는 모노실란, 올리고실란, 폴리실란, 모노에틸렌 이민, 올리고에틸렌 이민, 폴리에틸렌 이민 또는 시클릭 폴리포스파젠 전구체를 포함하거나 또는 그로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 실리콘 및 폴리포스파젠 표면의 처리는 에틸렌이민-단량체, -올리고머, 또는 중합체 중간체 층(연결층)을 포함하는 표면 접착 증진제를 포함할 수 있고, 이들은 화학적 또는 물리적 상호작용에 의해 반응하거나, 그라프트되거나, 다르게는 양쪽 기필 표면에 결합될 수 있다. 예컨대, 화학적 상호작용은 중간(연결)층을 실리콘 및 폴리포스파젠에 영구적으로 결합시킬 수 있는 적합한 가교 반응에 의해 실시될 수 있다.
(폴리)에틸렌이민(PEI) 연결층의 가교반응은 , 비제한적으로, 이하와 같은 적어도 1개의 시약을 사용한 연결층, 실리콘 및/또는 폴리포스파젠 복합체층, 또는 이들의 조합물의 반응을 포함한 다수의 방법에 의해 생길 수 있다. 가능한 가교 시약은 , 비제한적으로, (디)알데히드(예컨대 테레프탈알데히드), 알킬(디)할라이드 (예컨대 에틸렌 디브로마이드), 이소시아네이트 및/또는 티오이소시아네이트 (예컨대 4-니트로페닐 이소티오시아네이트, 4-니트로페닐 이소시아네이트), 활성화된 이중 결합 화합물(비닐, 아크릴 및/또는 아크릴로니트릴 화합물), 에폭시 화합물(에 피클로로히드린 또는 옥시란), 또는 시안아미드, 구아니딘, 우레아 또는 관련 화합물과 함께 안정한 아미드를 형성하는 것을 포함한다.
또한 가교반응은 안정한 카르복시산 아미드를 형성하기 위하여 카르복시산, 카르복시산 클로라이드, 카르복실산, 카르복실산 무수물, 또는 에틸 클로로아세테이트와 같은 기타 반응성 카르복실산 유도체에 의해 축합 생성물을 형성하는 것에 의해 실시할 수 있다.
연결층을 실리콘 표면에 결합하기 위한 다른 수단은 조사(irradiation)시 자동적으로 가교되는 아크릴, 비닐, 니트로-방향족, 플루오로-페닐, 벤조페노닐, 및/또는 아조-화합물과 같은 광화학적 활성 화합물을 사용하는 것을 포함한다.
이들 가교제는 폴리포스파젠 중합체와 실리콘-함유 기질 사이에 적합한 접착을 생성하기 위하여 1차원, 2차원 또는 3차원 중합체 네트워크를 형성하는 1, 2, 3 이상의 활성 화학기를 함유할 수 있다.
실리콘 기질의 표면 상에 폴리에틸렌이민 필름을 화학적으로 결합시키는 다른 방법은 , 비제한적으로, 에틸렌이민 단량체("아지리딘") 가스와 적합하게 활성화된 실리콘 표면의 반응을 포함한다. 활성화된 표면은 단량체를 결합시키고 또 뒤이은 단위의 중합반응을 개시시키는 화학적 반응성 단위를 제공한다. 이러한 활성화는 통상 본 명세서에 기재된 표면 실리콘 히드록실 기를 형성하는 산화적 예비처리 방법을 포함한다.
본 발명의 일 양태로서, 실리콘을 제조하고 활성화하는 1개의 유용한 방법은 실리콘 표면을 플라즈마에 의해 활성화시키고, 또 에틸렌이민(아지리딘) 가스를 플 라즈마 챔버에 투여하는 것이다. 이 과정에서, 폴리에틸렌이민의 균질 또는 거의 균질한 연결층이 기질의 표면상에 형성된다. 이 방법의 1개 이점은 아지리딘의 공유 결합에 존재하며, 이것은 기질에 대한 개환반응하고 C-O 에테르 결합을 형성하여 실리카/실리콘 표면 상에 위치하는 히드록실 기의 친핵성 공격을 초래한다. 잔류하는 아미노 작용기는 추가의 아지리딘 분자와 반응하거나, 또는 양으로 하전된 아미노 기의 층을 형성할 수 있으며, 이것은 물리적으로 음으로 하전된 폴리포스파젠 중합체 필름을 끌어당길 것이다.
실리콘 표면을 (폴리)에틸렌이민에 혼입하는 기타 적합한 화학적 활성화 방법은 , 비제한적으로, 염화티오닐, 염화인, 옥시염화인, 및/또는 이염화 옥살릴과 같은 염소화제를 사용함으로써 표면 Si-OH (히드록실) 기를 더욱 반응성 기, 예컨대 할라이드 기(F, Cl, Br 또는 I), 특히 클로라이드 기로 전환하는 것을 포함한다. 물을 갖지 않는 무수(폴리)에틸렌이민(예컨대 유기 용매에 용해된 또는 에틸렌이민 단량체 가스를 사용)을 상기 유형의 활성화된 (염소화된) 실리콘 표면과 반응시키는 실리콘 표면 상에 균일하거나 거의 균일한 연결층을 생성할 수 있다.
폴리에틸렌이민 층은 실리콘과 (폴리)에틸렌이민(PEI) 사이에 (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS) 중간층을 사용함으로써 실리콘에 결합될 수 있다. 이어 가교반응은 APTMS 연결층의 아미노-말단 기와 (폴리)에틸렌이민(PEI)의 아미노 기 사이에 생길 수 있다. 알콕시실란을 접착 증진제로서 사용할 경우, 아주 유용한 용매 선택은, APTMS의 경우, 메탄올인 실리콘 전구체의 가수분해로부터 생긴 유사 알코올이다.
이들 기재된 활성화 방법을 이용함으로써, (폴리)에틸렌이민 필름은 실리콘 표면 또는 층 상에 충분한 표면 접착을 갖게 증착될 수 있고 이어 폴리포스파젠 기질이 증착된다.
본 발명의 일 양태로서, 기질과 연결층 사이의 물리적 상호작용은 실옥산과 폴리포스파젠을 조합하는데 도움을 주도록 확립될 수 있다. 용어 "물리적 상호작용"이라는 것은 정전 상호작용, 정전기 상호작용 단독과 같은 상호작용, 예컨대 폴리에틸렌이민을 카르복실 성분과 반응시켜 암모늄 카르복실레이트와 같은 이온 쌍을 형성하거나, 또는 2개의 상반되게 하전된 중합체 표면 단독의 인력을 포함하는 것으로 이해된다.
본 발명의 다른 양태로서, 접착 증진제는 아미노-말단 실란과 같은 유기실리콘 화합물, 또는 아미노실란, 아미노-말단 알켄, 니트로-말단 알켄, 실란을 기본으로 하거나, 또는 알킬포스폰산일 수 있다. 다양한 실란-계 접착 증진제에 대하여, 이들은 비닐성 및 아크릴레이트계 고무, 또는 본 명세서에 기재한 기타 기질에 결합되기 위해 적용될 수 있는 에폭시 수지, 티올 또는 아로일 말단의 결합에 특히 유용한 우레이도- 및 글리시딜-말단 실란을 포함할 수 있다. 플루오로탄성중합체의 경우, 아민 및 퍼플루오로계 실란이 일반적으로 바람직하다. 실란계 접착 증진제의 다른 예는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 비스[(3-트리메톡시실릴)프로필]-에틸렌 디아민, 및 다른 시판되는 작용성 실란 시약을 포함한다. 일 양태로서, 특히 유용한 실란계 접착 증진제는 (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS)이다.
전형적인 화학증착법 및 플라즈마 중합 수법에서, 미리 세정되고 활성화된 중합체 기질은 불포화된, 가교성, 단량체성, 사슬 형성 반응성 가스와 플라즈마 조건하에서 더 반응하여 기질 상에 고도로 가교된 중합체 코팅을 형성한다. 예컨대, 적합한 가스는 에틸렌 이민, 알릴 아민, 시아노에틸렌, 아세틸렌, 또는 기타 유사한 화합물, 특히 불포화 화합물을 포함한다. 이러한 플라즈마 중합된 필름 및 변형된 표면 또는 층은 폴리포스파젠 필름을 비롯한 기타 중합체 필름을 더 결합시키기 위한 접착 증진성 연결층으로 작용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 실리콘 기질과 폴리포스파젠의 조합을 도울 수 있는 기질의 다른 반응은 용액으로부터 모노-, 올리고- 또는 중합체성 잔기를 플라즈마 활성화된 기질로 그라프팅하는 것을 포함할 수 있다. 적합한 화합물은 미가교, 비중합된 모노-, 올리고-, 중합체성 용액으로 코팅될 수 있다. 적합한 화합물의 예는 , 비제한적으로, (올리고-, 폴리-)에틸렌이민, (올리고-, 폴리-)디알릴디메틸암모늄 클로라이드, (올리고-, 폴리-)에틸렌 옥사이드, (올리고-, 폴리-)아크릴레이트, 및 (올리고-, 폴리-)실란을 포함하며, 이들은 기질에 중합 및 그라프팅될 수 있다. 이 중합-그라프팅 공정은 코팅된 기질을 열 또는 (양성/음성)이온화, 화학선, X-선 조사, UV-광에 물리적으로 치리하는 것에 의해 또는 열적 또는 광-경화성, 전이 금속계 퍼옥사이드-, 아조- 및 당해 분야에 공지된 전형적인 중합 촉매를 이용하여 화학적으로 생길 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 폴리포스파젠을 실리콘-함유 기질에 부가하기 위하여 상술한 활성화 방법 및 기타 단계와 조합하여 부가적인 단계를 이용할 수 있 다. 예컨대, 기질은 화학적 세정제와 같은 세정제로 처리될 수 있거나, 또는 기질은 기질의 표면 또는 층에 있는 오염물을 제거하는 다른 처리를 받을 수 있다. 이들 방법은 기질을 산화제, 산성 용액, 알칼리성 용액, 또는 환원제와 같이 실리콘-함유 기질을 에칭할 수 있는 화학제로 세척하는 것을 포함할 수 있다. 별도의 건조단계도 경우에 따라 이용할 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명은 본 발명의 폴리포스파젠과 조합된 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 예컨대 세포 외피를 감소시키거나, 혈전증을 심각도를 감소시키거나, 또는 의료 장치의 항-거부 특성을 개선시키는 것에 의해 의료 장치에 대하여 개선 특성을 부여하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 폴리유기실옥산을 함유하는 의료 장치에 항세균 및/또는 항혈전 특성을 부여하는 방법을 제공하며, 이 방법은 폴리유기실옥산에 본 발명의 적어도 1개의 폴리포스파젠을 부가하거나 또는 폴리유기실옥산을 적어도 1개의 폴리포스파젠과 조합하는 것을 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명이 더 많은 생체적합 특성을 장치에 부여하는 방식을 나타내는 주사전자현미경(SEM) 시리즈가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3은 대장균을 함유하는 인공뇨에서 3일간 배양한 후 Silastic®Foley 카테터의 표면의 영상이다. 도 1 1600 x 배율에서, Silastic®Foley 카테터는 본 발명의 내용에 따라 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)]-포스파젠으로 처리된 다음 3-일간 배양된다. 도 2 550 x 배율 및 도 3 1600 x 배율에서, Silastic®Foley 카테터는 폴리포스파젠으로 처리되지 않고 3일간 배양한다. 이들 SEM 데이터가 나타내는 바와 같이, 3일간의 배양 기간 말기에 폴리포스파젠-처리된 Silastic®Foley 카테터의 현저한 석회화 또는 광화도 관찰되지 않은(도 1) 반면에, 미처리 Silastic®Foley 카테터는 3일간 배양 기간 후 현저한 석회화를 나타내었다(도 2 및 도 3). 따라서, 도 2 및 도 3 샘플은 광물 침적물이 바늘 모양 물질로 나타나는 더욱 결정 형태를 분명히 나타낸다. 따라서, 다른 양태로서, 본 발명은 폴리포스파젠을 폴리유기실옥산에 부가하는 것을 포함하는, 인간 또는 동물 체내 또는 기관의 조직 또는 체액과 접촉하는 폴리유기실옥산-함유 장치의 석회화를 감소시키는 방법을 제공한다. 본 명세서에 기재한 바와 같이, 상기 방법은 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠 성분의 정확한 배치에 한정되지 않으며, 예컨대 폴리유기실옥산은 임의 방식으로 코팅되거나, 배합되거나, 혼합되거나, 그라프트되거나, 결합되거나, 층을 이루거나, 또는 조합될 수 있다.
요컨대, 본 발명은 방법 및 장치 및 관련 방법을 제공하며, 그에 의해 폴리포스파젠을 실리콘-함유 장치에 부가하여 폴리포스파젠이 존재하지 않는 장치에 비하여 향상되고 더 우수한 특성을 갖는 장치를 제공한다. 특히, 실리콘-폴리포스파젠 장치는 향상된 항세균 특성, 항혈전 특성, 향상된 유동 특성, 향상된 윤활성, 향상된 생체적합 특성, 향상된 내분해성 및 항-거부 특성을 갖는다.
본 발명은 이하의 실시예에 의해 더욱 자세하게 설명되며, 이들은 어떠한 의미로든 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 반대로, 본 명세서를 읽은 후 당업자들 이 첨부한 특허청구범위의 정신을 벗어나지 않는 한 다양한 다른 양태, 구체예, 변형 및 등가물이 가능함은 분명히 이해할 수 있다.
본 발명은 이하의 실시예를 비롯한 본 발명에 기재된 특정 장치, 기질, 실리콘 유형, 폴리포스파젠, 또는 기타 화합물에 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이들은 각각 다양할 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어는 특정 양태 또는 구체예를 설명하기 위한 것으로 제한을 의미하지 않음도 이해해야 한다. 본 명세서에 포함된 참고문헌에 사용된 용례 또는 용어가 본 발명에서 사용된 용례 또는 용어와 상충된다면, 본 발명의 용례 및 용어가 우선한다.
다르게 언급하지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃이며, 또 다르게 언급하지 않는 한, 압력은 대기압 또는 그 근처이다. 본 발명의 폴리포스파젠을 제조하는 일례는 본 명세서에 참고문헌으로 포함된 미국출원 공개 2003/0157142호에 따라 제조한 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠](PzF) 중합체의 합성에 의해 제공된다.
다르게 나타내지 않는 한, 다양한 범위, 예컨대 다양한 분자량, 층 두께, 농도, 온도가 기재되거나 특허청구될 때, 여기에 포함되는 하부 범위를 비롯한 그러한 범위가 이론적으로 포함되는 가능한 수를 기재하거나 특허청구범위로 한다. 예컨대, 출원인이 특정 갯수의 원자, 예컨대 탄소원자를 갖는 화학 잔기를 기재하거나 청구할 때, 출원인의 의도는 본 명세서에 기재된 내용과 일치하는 이러한 범위가 포함하는 모든 수를 개별적으로 기재하거나 청구하는 것이다. 따라서, 알킬 치환기 또는 기가 1 내지 20개 탄소원자를 가질 수 있다고 기재함으로써, 출원인의 의도는 알킬 기가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20개 탄소원자를 갖는 것을 나타낸다. 다른 예로서, 코팅이 1개의 단층 내지 1 ㎛ 두께, 또는 약 1개 단층 내지 약 2 ㎛ 두께, 또는 약 1개 단층 내지 약 3 ㎛ 두께, 또는 1개 단층 내지 약 4 ㎛ 두께, 또는 1개 단층 내지 약 5 ㎛ 두께, 또는 1개 단층 내지 약 10 ㎛ 두께라고 기재함으로써, 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 두께, 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 두께와 같이 본 명세서에 속하는 서브범위를 포함하는 것을 의미한다. 따라서, 출원인은 범위에 따라 또는 유사한 방식으로 청구범위에 포함될 수 있는, 상기 그룹에 속하는 서브 범위 또는 서브 범위의 조합을 비롯하여 그러한 그룹의 개별 멤버를 배제하는 권리를 가지며, 어떠한 이유로 출원인이 출원할 당시에 인지하지 않은 참고문헌을 고려하기 위해 기재내용의 전체 수단 보다 낮게 특허청구범위를 선택한다.
도 1은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)]-포스파젠으로 처리한 다음 대장균을 함유하는 인공뇨에서 3일간 배양한 후 Silastic®Foley 카테터의 1600 x 배율의 주사 전자 현미경(SEM) 영상을 도시한다.
도 2는 폴리포스파젠으로 처리하지 않고, 대장균을 함유하는 인공뇨에서 3일간 배양한 후 Silastic®Foley 카테터의 550 x 배율의 주사 전자 현미경(SEM) 영상을 도시한다.
도 3은 폴리포스파젠으로 처리하지 않고, 대장균을 함유하는 인공뇨에서 3일 간 배양한 후 Silastic®Foley 카테터의 1600 x 배율의 주사 전자 현미경(SEM) 영상을 도시한다.
하기 실시예는 본 발명의 분자량 및 분자량 측정에 관하여 제공된다. 본 발명의 장치 및 방법에 사용된 전형적인 폴리포스파젠은 약 10 백만 kg/몰 내지 약 25 백만 kg/몰 내지 약 25 kg/몰의 분자량 범위이며, 이때 분자량은 약 85000 내지 약 215000의 등가물이며, 중합도는 중합체 내의 반복 단량체 단위의 갯수에 의해 결정된다.
폴리포스파젠의 분자량 측정은 다음 방법 중의 적어도 1개에 의해 측정되었다.
a) 점도. 점도 측정은 테트라히드로푸란 용매 중에서 S. V. Vinogradova, D. R. Tur, V. A. Vasnev, "Open-chain poly(organophosphazenes) Synthesis and properties", Russ. Chem. Rev. 1998, 67 (6), 515-534에 따라서 측정하였다. 테트라히드로푸란 용매 중의 폴리[비스(트리플루오로에톡시)포스파젠] 용액의 상대적 점도는 희석 시리즈를 이용하여 측정하였다. 고유 점도는 감소된 점도를 0 농도로 외삽함으로써 산출하였다. 분자량은 Mark-Houwink 방정식의 도움으로 측정하였다.
b) 겔 투과 크로마토그래피. 크기 배제 크로마토그래피로도 불리는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)는 T. H. Mourey, S. M. Miller, W. T. Ferrar, T.R. Molaire, Macromolecules 1989, 22, 4286-4291에 제공된 방법에 따라서 시클로헥사논에서 실 시하였다.
양쪽 점도 측정 및 GPC 방법으로 ±2 x 106 g/몰 분자량의 오차 내에서 인정될 수 있는 결과를 얻었다. GPC 분석은 모노모달(monomodal) 분자량 분포를 나타내며, 이는 약 1.6 미만의 예리한 다분산지수를 갖는 올리고머 부재를 나타낸다. 다분산 측정은 전형적으로 약 1.2 내지 약 1.4 범위이었다.
실시예 1
플라즈마 세정 및 활성화를 위한 일반적 과정
기질의 세정 및 접착 증진제 분자를 위한 반응성 고정 부위의 생성은 감압(전형적으로, 0.01-10 mBar)에서 70-100/0-30 (v/v) % (질소 또는 아르곤)/산소 혼합물을 반응성 가스 혼합물로 적용하여 진공 챔버 내부에서 1-30분간 플라즈마 처리에 의해 달성하였다. 질소/산소 플라즈마 자체는 다양한 크기의 RF 여기를 통하여 생성되며, 비제한적으로, 가장 바람직한 것은 100-300 와트의 가변 전력에서 13.56 MHz의 AC 필드 주파수이다. 이 반응은 실온에서 실시될 수 있다. 기질을 과열시키는 것을 피하기 위하여, RF 필드는 주기적으로 펄스화되어 생성된 열을 발산시킨다. 실리콘 탄성중합체성 생성물의 가공에 기인한 편재하는 유기 물질, 실리콘 오일 및 기타 잔류하는 오염물로부터 얻은 유리한 탄소는 고 반응성 플라즈마와 반응에 의해 기질 표면으로부터 제거된다.
생성한 가스상 반응 생성물은 챔버를 세정함으로써 제거한다. 기질 표면은 플라즈마 가공하는 동안 약간 조면화되므로, 증가된 계면 접촉 면적을 초래한다. 이 반응성 산소 플라즈마는 모노-, 올리고- 및/또는 중합체성 실란, 양이온성 하전된 계면활성제, 고분자전해질 등을 그라프팅하기에 특히 적합한 히드록실 기가 풍부한 음으로 하전된 기질 표면을 얻는다. 감압에서 플라즈마 처리의 다른 이점은 얻어진 습윤 특징을 기본으로 한다. 예컨대, 플라즈마 세정된 및 -활성화된 기질은 액체 변형제에 의해 균일하게 습윤화될 수 있고, 기판의 더 깊은 침투와 더 효과적인 표면 변형을 초래할 수 있다.
실시예 2
플라즈마 세정 및 실리콘 표면의 활성화 방법
NUSil로부터 얻은 실리콘 RTV 화합물은 예비세정된 유리 봉(길이 60 mm; 직경 1 mm) 상에 또 광학 현미경 유리 슬라이드 상에 1 mm 두께 필름으로 코팅되었다. 실리콘 화합물을 실온 및 주위 습도에서 24시간 동안 방치하여 경화시켰다. 이 기질은 llmvac 플라즈마클린-4 플라즈마 챔버를 이용하여 20/80 (v/v)% O2/N2 대기압 중 ≤5 밀리바아에서 펄스화된 120초 플라즈마 처리시켰다. 10초 간격으로 처리를 주기적으로 중단시켜서 플라즈마 총 처리시간이 약 1분에 달하게 하였다. 이 과정을 수회 반복하고 또 물에 대한 동적 접촉각은 이하에 기재한 바와 같이 각 처리 후 측정된다. 접촉각이 장시간 플라즈마 노출한 후에도 더 변형되지 않을 때 측정함으로써 전체 표면 활성화가 생길 때까지 상기 과정을 반복하였다. 그 결과, 약 2회의 1-분(총 120초) 처리가 전체 표면 활성화에 충분한 것으로 결정되었다. 플라즈마 챔버로부터 장치 부품을 제거한 후, 모든 부품은 Dataphysics DCAT 1.2 빌헬 미 밸런스(Wilhelmy balance)를 이용하여 접촉각 측정을 실시하였다. 빌헬미 밸런스는 물에 대하여 Pt 레퍼런스 플레이트를 사용하여 먼저 검량한 후 각 장치 부품의 습윤 길이를 n-퍼플루오로헥산을 사용하여 측정하였고, 또 이 값은 물에 대한 동적 접촉각을 측정하기 위해 사용되었다. 각 연속 코팅 단계 후 이 과정을 반복하였다.
RTV 실리콘 화합물은 천연 상태에서 90°를 초과하는 아주 높은 물 접촉각을 나타내었다. 플라즈마 활성화 처리는 실리콘 기질 상에서 접촉각의 대폭적인 폭락을 유도하며, 이는 실리콘 표면에 대한 아미노실란 접촉 증진제의 더 용이한 결합 및 폴리포스파젠 코팅 용액의 더 우수한 퍼짐성을 나타낸다. 플라즈마 처리후 기질에 어떠한 악화도 관찰되지 않았다. 제2 플라즈마 처리는 접촉각의 더 이상의 감소를 초래하지 않으므로; 단일 120초 처리 기간은 안정한 표면 변형에 충분하였다.
실시예 3
최적 습윤 세정 및 활성화를 위한 일반적 과정
플라즈마 세정 및 활성화 과정 또는 스탠드-어론(stand-alone) 옵션에 대한 확장물질로서는 실리콘 탄성중합체 및 기타 중합체 기질이 추가로 습윤 화학 처리되어 폴리포스파젠 특이적 접착 증진제가 표면 상에 결합하기에 적합한 고정 기의 작용 밀도를 향상시킨다. 이 처리는 접착 강도를 증가시키기 위해 제공된다.
습윤 화학 처리는 기질을 전형적으로 1-10%, 또는 1-20%, 또는 1-30%, 또는 1-40%, 또는 1-50%, 또는 1-60%, 또는 1-70%, 또는 1-80%, 또는 1- 90% 또는 더 높은 농도의 수성 알칼리- 또는 알칼리토 함유 수산화물의 용액에 1-30분 이상 동안 침지하는 것을 포함한다. 상기 수산화물 용액은 실리콘 탄성중합체 기질에 대한 유기 팽윤 용매 또는 유기 팽윤제를 함유하여 수산화물 용액이 중합체 기질에 더 깊이 침투되게 할 수 있다. 상기 양태로서, 예컨대 팽윤 용매는 알코올 또는 유기 아민으로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 팽윤제는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, 에탄올아민, 에틸렌 디아민, 디이소프로필아민 또는 당업자에게 공지된 다른 전형적인 팽윤제, 또는 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 따라서, 이들 팽윤제는 선택된 수산화물 화합물의 용해도가 허용하는 한 수성 수산화물 용액에서 임의 용도로 존재할 수 있다. 일 구체예로서, 7:3 (v/v) 이소프로판올/물 혼합물 중의 5 (w/v)% 수성 KOH 용액이 사용된다.
습윤 화학 처리 후, 기질은 모든 알칼리성 흔적이 제거될 때까지 장시간 동안 탈이온수로 헹군다. 헹굼 매질은 경우에 따라 후속 공정을 방해할 수 있는 금속 이온의 중화 및 동시에 착화를 위해 적합한 양의 EDTA 또는 아세트산을 함유할 수 있다. 물을 사용한 최종 헹굼 및 승온 또는 진공하에서의 샘플 기질의 건조는 상기 임의 세정 및 활성화 과정을 경우에 따라 이용하여 적용될 수 있다.
실시예 4
습윤 화학 처리 방법
플라즈마 세정 및 활성화 효과가 평가되기 위하여, 활성화된 100% 모든 실리콘 카테터 상에서 표면 전하 및 히드록실 기 밀도는 양으로 하전된 형광 염료, 피로닌 지(Pyronin G)를 사용하여 조사하였다.
7:3 (v/v) 이소프로판올/물 혼합물 중의 5 (w/v)% 수성 KOH 용액을 제조하였 다. 플라즈마-처리된 100% 실리콘 튜브 기질을 침지시키고 또 15분간 상기 용액에 유지시킨 후 튜브 기질을 10 mM HOAc 용액에 30분간 침지시키는 것에 의해 중화시켰다. 중화 단계 후, 샘플을 탈이온수를 사용하여 3회 헹구었다. 이들 튜브 샘플을 약 60℃의 콘벡션 오븐에서 약 1시간 동안 건조시켰다.
습윤 처리 과정에 이어, 샘플은 0.1M 포스페이트 완충된 염수(PBS) 용액에서 제조된 250 mg/L 피로닌 지 용액에서 약 120분간 침지시킨 후, 샘을 빼내고, 탈이온수로 광범위하게 헹군 다음 공기 건조시켰다. 이 샘플은 광학 현미경을 이용하여 0.65 x 배율로 투과 조명으로 평가하였다.
상기 평가의 결과는 실리콘 탄성중합체의 표면 히드록실화를 위하여 플라즈마 처리에 이어 알칼리성 KOH 용액(KOH 5 (m/v)%, 3:7 (v/v) 이소프로판올: 물)에 침지시키는 것은 실란 접착 증진제의 공유 결합을 위한 탁월한 음성 표면 전하를 얻는 것을 나타낸다.
실시예 5
접착 증진제를 사용한 실리콘 탄성중합체의 표면 변형을 위한 일반적 과정
폴리포스파젠 표면 활성제가 기질에 결합하는 것은 동적 진공(dynamic vacuum) 및 경우에 따라 열을 이용하는 반응 챔버에서 플라즈마 활성화된 기질의 존재하에서 접착 증진제를 증발시키는 것에 의해 개선될 수 있다. 접착 증진제의 증착은 기질을 플라즈마 세정하는 동안 또는 세정 직후에 플라즈마 챔버 내부에서 가스성 접착 증진제를 플라즈마 챔버에 도입하는 것에 의해 실시된다. 접착 증진제의 충분한 증기압을 달성하기 위하여, 적절하고 정확한 크기의 진공 펌프가 필요하 며, 예컨대 회전 및 터보분자 펌프 또는 다른 적합한 진공 공급원의 조합을 이용한다.
N2/O2 또는 Ar/O2 혼합물 이외의 반응성 가스를 동시에 도입하는 동안 플라즈마 방전을 실시하는 것은 다른 불활성 종(species)으로부터 반응성 잔기를 생성할 수 있다. 따라서, 접착 증진 분자의 반응성 성질은 분자 자체에 부가적인 고정 부위를 생성하는 것에 의해 향상될 수 있다. 예컨대, 플루오로중합체 필름은 기질의 존재하에서 주로 불활성인 헥사플루오로벤젠 또는 기타 플루오르-함유 무기 또는 유기 화합물의 플라즈마 여기에 의해 증착될 수 있다. 이러한 중합체 필름은 접착 증진제의 필요없이 폴리포스파젠의 접착 향상을 위해 표면 특성을 개선시킬 수 있다.
실시예 6
실란 -계 접착 증진제의 증착을 위한 일반적 과정
실란화 수순은 액체 상 또는 가스 상에서 실시될 수 있다. 또한, 액체 상 과정은 수성 또는 무수 조건하에서, 전형적으로 물의 존재 및 농도가 다양한 유기 용매를 적용함으로써 실시될 수 있다. 예컨대, 실옥산 표면 유도화를 위해 공통적으로 적용되는 방법은 무수 유기 용매 중 또는 수성 유기 용매 중에서 실시한다. 이 경우, 미량의 물의 존재는 자동 촉매화된 가수분해에 이어, 표면 그라프팅 반응과 병행하여 반응 매질에서 실옥산 화합물의 중합화를 초래할 수 있다. 따라서 수성 조건은 실옥산 다층 증착을 초래할 수 있는 반면에, 무수 조건 매질은 진정한 실옥산 단층 형성에 더 바람직하다.
수성 반응 매질에서 반응은 주위 조건하에서 보다 용이하게 실시되며 또 전형적으로 기질 상에서 실옥산 중합체의 더욱 완전한 표면 커버를 달성한다. 이어 기질을 열처리하며, 이것은 중합체층의 가교를 초래하여 중합체와 기질 사이의 접착을 강화시킨다. 앞서 적용한 스텐저(Stenger) 실란화 공정을 기초로 하여, 이하에 나타낸 주어진 문헌 값을 참조할 때 필름 두께는 15분간의 반응 시간 보통 약 4Å 내지 약 6Å의 낮은 한도 범위에서부터 24-72시간의 반응 시간 동안 약 50Å 내지 약 100Å 범위로 다양할 수 있다. 가교하기 전의 접촉각은 약 20°내지 30°범위에 들고 또 가교 후 약 45°내지 약 55°범위로 증가한다. 참조: Stenger et al., J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 8435-8442; Bascom, W., Macromolecules 1972, 5, 792-798 ; Heiney et al., Langmnir 2000, 16, 2651-2657; Charles et al., Langmuir 2003, 19, 1586-1591 ; and White et a!., Langmuir 2000, 16, 10471-10481.
무수 액체 환경에서 실시된 과정은 8.5Å의 이론적으로 예상된 단층 두께에 훨씬 더 가깝게 된다. 환류 조건하에서 실시된다면, 별도의 가교 단계는 생략될 수 있고, 또 생성한 접촉각은 약 45°내지 약 55°범위일 수 있다. 수성 환경에서 있을 수있는 중합체성 실옥산 응집물 형성을 방지하기 위하여 조심스럽고 완전히 미량의 물을 제거할 수 있다. 참고: Sligar et al., Langmuir 1994, 10, 153-158; Vincent et al (Vandenberg method) Langmuir 1997, 13, 14-22. 참고: Langmuir 1996, 72, 4621-4624; Langmuir 1995, 11, 3061-3067; and Haller and Ivan, J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 8050-8055.
실란화는 가스 상에서도 실시될 수 있다. 이 과정은 기질 상에 중합체성 응집물을 형성할 우려 없이도 무수 액체 상 증착 수법과 동일한 필름 품질을 달성할 수 있다. 이 과정이 진공하 또는 대기 조건하에서 실시되는지의 여부에 따라 대형 중합체성 응집물은 가스 상에 걸쳐 전달될 충분한 증기압이 결여된다. 또한, 물리적흡수된(physisorbed) 실란을 제거하는 방법은 가교 또는 수분 노출 이전에 실란-풍부 환경에서 기질을 배양한 후, 실란화 수법과 조합될 수 있다. 이 과정은 동적 진공하에서 미반응된 실란의 제거에 의해 달성될 수 있다. 가스 상 및 액체 상 증착 사이의 하이브리드는 실란을 기질 표면 상에 증착시키기 위해 환류하에서 용매를 사용하는 반면에, 별도의 가교 단계를 필요로 하지 않고도 유사한 결과를 달성할 수 있다. (참고: J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 2950-2953; J. Am. Chem. Soc, 1978, 100, 8050-8055; Haller and Ivan, Langmuir 1993, 9, 2965-2973; Langmuir 1995, 77, 3061-3067).
따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 접착 증진제를 사용한 실리콘 탄성중합체의 표면 변형은 본 발명의 범위 내에서 실리콘-함유 기질 상에 실란을 증착하기 위한 바람직한 방법 중의 하나이다. 그러나, 당해 분야에 공지된 상술한 실란화 과정 중의 하나에 의해 폴리포스파젠-특이적 실란 접착 증진제를 증착시키는 것이 직접적이다.
실시예 7
기질 실란화 방법
상술한 바와 같은 플라즈마 활성화에 이어, 상이한 실리콘 기질을 별도의 건조기에 넣고 밀폐된 페트리 접시에서 상기 기질 아래에 10 μL-, 50μL 또는 200 μL-샘플의 (3-아미노프로필)트리메톡시실란 (APTMS)을 넣었다. 상기 건조기를 1 x 10-1 mBar 압력으로 배기시킨 후, 진공 라인을 밀폐하여 정적(static) 진공을 얻었다. 이 건조기에서 30-60분간 배양한 후, 진공 밸브를 다시 열어 동적 진공하에, 물리적으로 흡수된 실란을 제거하였다. 상기 샘플을 60℃에서 약 30분 내지 약 60분간 열처리하여 아미노실란 층을 가교하였다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 폴리포스파젠 코팅 측정을 위하여, 8개의 유사하게 "아미노실란화된" 실리콘 웨이퍼를 표준 기질로 사용하였다. 플라즈마 활성화 후, 모든 기질을 가스 상에서 실란화하고, 모든 기질에 대한 접촉각을 65-75°의 보고된 문헌 범위로 상승시켰다.
다른 접착 증진제도 또한 시험하였고 또 실리콘-함유 기질과 폴리포스파젠 필름, 특히 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠] 사이에 강한 접착을 증진시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 시험한 부가적인 접착 증진제는 다음과 같았다: N-메틸-아자-2,2,4-트리메틸실라시클로펜탄; 2,2-디메톡시-1,6-디아자-2-실라시클로옥탄; (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌 트리아민이며; 이하의 각각에서는 접촉각이 제시되어 있다:
Figure 112009026629008-PCT00012
실시예 8
폴리포스파젠 배합물을 분무 코팅하는 과정
A. 기질의 제조. 1세트의 실리콘 기질을 2.0 cm x 3.6 cm 조각으로 절단하고, 아세톤-습윤된, 린트-프리(lint-free) 닦는천(wipe cloth)으로 닦아서 세정하고, 순수한 아세톤으로 헹군 다음 아르곤 기류를 사용하여 블론-건조시켰다. 이들 예비 세정된 기질을 플라즈마 챔버에 넣고 0.1 mBar에서 약 8분간 플라즈마 처리하였다. 샘플을 챔버로부터 제거한 후, 샘플은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시) 포스파젠] (PzF)을 함유하는 다양한 (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS) 접착증진제 용액으로 분무 코팅하였다. 이들 APTMS/PzF 분무 코팅 용액은 이하에 제공된 바와 같이 제조하였다.
B. 폴리포스파젠 ( PzF ) 스톡 용액 및 희석 용액의 제조. 에틸 아세테이트(EtOAc)-폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)포스파젠] (PzF) 스톡 용액은 다음과 같이 제조하였다. 20 g 샘플의 PzF를 898 g의 EtOAc와 조합하고, C의 농도(C) = 20.0 mg PzF/mL 스톡 용액을 위해서는, 21.8 mg PzF/g 스톡 용액, 또는 22.2 mg PzF/g EtOAc를 사용하였다. 이 스톡 용액은 필용에 따라 EtOAc/이소아밀 아세테이트(IAA) 혼합물에 의해 희석되어 소망하는 wt/wt 비율의 PzF 분무 코팅 용액을 제공하였다. EtOAc:IAA 중량비가 약 1:1 (wt/wt)인 EtOAc/IAA 혼합물이 전형적으로 상기 목적을 위해 사용되었다. 예컨대, 150 g의 스톡 (PzF/EtOAc) 용액을 1925 g의 EtOAc 및 1925 g의 IAA를 함유한 EtOAc/IAA 혼합물과 조합하여 C(PzF)의 PzF = 0.82 mg PzF/g 인 분무 코팅 용액을 제공하였다.
C. APTMS / PzF 분무 코팅 용액의 부가. EtOAc/IAA 중의 희석 PzF 용액을 사용하여 이하의 (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS) 분무 코팅 용액을 제조하였다. APTMS의 wt% 수는 분무 코팅 용액 중의 PzF의 중량에 대한 APTMS의 중량%로서 보고한다.
1. 1% PTMS / PzF. 4000 g 희석 PzF 용액 및 33.4 mg (32.9 μL)의 APTMS를 혼합함으로써 분무 코팅 용액을 제조하였다. 4000 g 희석 PzF 용액은 상기 제공된 바와 같은 150 g 스톡 (PzF/EtOAc 용액, 1925 g EtOAc 1925 g IAA로부터 제조하였다. 생성한 APTMS의 농도는 약 8.2 μL/kg 분무 코팅 용액이었다. PzF에 대한 생성한 APTMS 농도는 약 1%로서, 제조된 분무 코팅 용액에서 PzF의 중량에 대한 것이다.
2. 5% APTMS / PzF. 상기 기재한 바와 같이 4000 g 희석 PzF 용액 및 167 mg (164.4 μL)의 APTMS를 혼합함으로써 약 41.1μL/kg 분무 코팅 용액의 APTMS 농도를 갖는 분무 코팅 용액을 제조하였다. PzF에 대한 생성한 APTMS 농도는 약 5%로서, 제조된 분무 코팅 용액에서 PzF의 중량에 대한 것이다.
3. 10% APTMS / PzF. 상기 기재한 바와 같이 4000 g 희석 PzF 용액 및 167 mg (164.4 μL)의 APTMS를 혼합함으로써 약 82.2 μL/kg 분무 코팅 용액의 APTMS 농도를 갖는 분무 코팅 용액을 제조하였다. PzF에 대한 생성한 APTMS 농도는 약 10%로서, 제조된 분무 코팅 용액에서 PzF의 중량에 대한 것이다.
D. 분무 코팅 과정. 각 분무 조성물의 경우, 총량 10 mL의 APTMS/PzF 분무 코팅 배합물을 기질 상에 분무하였다. 액체는 듀얼 피드(dual feed) 노즐을 통하여 주사위 펌프를 이용하여 20 mL/h의 비율로 펌핑되었고 또 약 4 Bar에서 가압 아르곤에 의해 분무화되었다. 각 기질과 분무 노즐 사이의 거리는 각 샘플에 대하여 20 cm로 조절되었다. APTMS/PzF 분무 코팅을 적용한 다음, 기질을 60℃ 건조 오븐에서 약 30분간 두어 잔류하는 용매를 제거하고 APTMS를 가교시켰다.
E. ASTM 박리 시험. 분무 코팅된 필름을 광학 현미경 하에 놓고 각 필름 형태를 2.5 x, 5 x, 및 10 x 배율로 평가하였다. 마모 실험을 실시하기 위하여, 각 샘플 필름을 ASTM 박리 시험 키트로부터 스크라이브(scribe) 도구를 이용하여 90°각으로 2번 절단하여 2 mm x 2 mm 패턴의 정방형을 얻었다. 사용된 이 시험 키트는 ASTM D-3359에 따라 실시되는 Gardoc, Model P-A-T Adhesion Test Kit였다. 사용된 시험 테이프는 공지된 상세사항을 갖는 Permacel, P-99, 폴리에스테르/섬유 팩케이징 테이프였다. 공급된 시험 테이프를 제조된 필름 상에 놓고, 기질 상에 단단히 브러시한 다음 2분 후 필름 표면으로부터 박리하였다. 이 시험은 10% APTMS/PzF 코팅 용액으로 분무된 필름이 접착에서 최대 증가를 나타냄을 보여준다. 약 90%의 원래 필름 표면이 테이프의 제거 후에 접촉하고 있었다. 또한, PzF 용액을 증가하는 농도의 APTMS와 배합하면 PzF 용액의 습윤 거동을 증가시키켜 연속적으로 더 적은 과립 구조를 초래하였다.
F. 필름 박리 경향. PzF 분무 코팅 용액에서 APTMS 함량의 점진적 증가는 기계적 스트레스를 가할 때 PzF 필름의 접착 증가를 초래하였다. 5% (wt%) APTMS (분무 용액에서 PzF의 중량 함량에 대하여)를 함유하는 PzF 용액에 대하여 최초로 눈에 띄는 차이가 관찰되었다. 10% 농도에서는, 접착은 탁월하였고 또 기계적 스트레스를 가한 후에 필름의 90%가 그대로 잔류하였다.
분무-코팅 용액에서 APTMS 및 PzF의 조합은 2개의 유리한 효과를 가졌다. 첫째, 이것은 기질 상에서 PzF 용액의 습윤능 향상과 위험한 탈-습윤 효과 감소를 초래함으로써 PzF 필름 주름을 매끈하게 하였다. 그 결과, 더욱 균일한 코팅 형태가 관찰되었다.
둘째, 분무 코팅 용액에서 APTMS 및 PzF의 조합은 증착된 PzF 필름의 기질에 대한 접착을 현저하게 증가시켰다. APTMS 단층 또는 다층 기질을 PzF를 사용하여 코팅하는 것과 대조적으로 아미노실옥산-형성 중합체를 PzF와 직접 배합함으로 써 얻은 계면의 접착은 훨씬 우수한 접착을 초래하였다. 어떠한 이론에 얽매이는 것은 아니나, 이것은 2개 계면 사이에서 상호침투성 네트워크의 형성이 더욱 광범위한 표면 접촉 면적과 더불어 필름에 대한 더 많은 고정 부위를 생성하기 때문으로 믿어진다.
APTMS의 부가는 PzF 필름의 전체적 접촉각에 대하여 아무런 유해한 효과가 없으며, 모든 기질에 대하여 90°이상으로 유지하였다.
실시예 9
실리콘-함유 카테터를 폴리포스파젠을 사용하여 코팅
다양하게 시판되는 비뇨기용 카테터를 2 cm 세그먼트로 절단하고 20 mg/mL PzF 용액으로 코팅하였다. 1 세트의 샘플은 수용형으로 사용하였고, 나머지 1세트는 접착 증진제로 예비처리하였다. 샘플은 광학 현미경 및 형광 염색에 의해 조사하였다. 박리 시험은 코팅 이후에 실시하였다. 사용된 비뇨기용 카테터 (크기 14-20 FR, Foley 유형)는 하기 표 2에 제시된다.
표 2. 폴리포스파젠으로 코팅하기 위해 사용된 실리콘-함유 카테터 샘플
Figure 112009026629008-PCT00013
A. 플라즈마 처리. 샘플을 디에너 일렉트로닉스 펨토(Diener Electronics Femto) 플라즈마 챔버에서 약 120초간 플라즈마 활성화처리시켰다. 이 시스템은 5 mBar 압력 아래로 배기시켰고 정상 공기를 동작 가스로 챔버에 도입한 후 플라즈마 과정을 개시하였다. 그후 챔버를 통기시키고 샘플은 아미노실란화에 처리하였다.
B. 아미노실란화. 플라즈마 처리된 샘플을 10 μL APTMS를 함유하는 쉴렝크 튜브에 도입한 다음 표준 진공 라인에 접속시켰다. 용기를 배기시키고 1 x 10-1 mBar의 동적 진공하에서 60분간 유지시켰다. 이 시간 후, 샘플을 65℃의 건조 오븐에 약 60분간 저장하여 아미노실란 접착 증진제의 가교를 얻었다.
C. 침지 코팅. 아미노실란화 처리된 샘플을 PzF 침지 코팅 용액에 부분적으로 침지시키고 1분간의 짧은 체류 시간 후에 9 mm/분의 프리셋(preset) 속도로 빼내었다. PzF 용액은 에틸 아세테이트에 용해된 OF 282 (11.4 x 106 gmol-1)를 기본으로 하였다.
D. 박리 시험. 코팅된 샘플을 미코팅 세그먼트에 고정하는 것에 의해 고정시키고, 또 코팅된 튜브 부분은 단단히 쥐었다. 코팅된 부분은 압력이 인가되는 영역을 통하여 수회 (약 4회) 잡아당겼다.
E. 결과. 플라즈마 예비처리는 시험한 다양한 물질에 대하여 검출가능한 네가티브 광학 변화를 유발하지 않았지만, 표면 에너지에서 바람직한 증가를 부여함으로써, 코팅 과정 동안 습윤 기질 표면에 대한 PzF 용액의 경향을 증가시켰다. 플라즈마 예비처리는 취급하기 전에 표면 오염을 최소화하고 또 아미노실란화 이전에 표면 활성화에 제공되었다. 아미노실란화된 기질 또는 베어(bare) 라텍스 기질 사이에는 미미하게 확인가능한 차이만이 있는 반면에, Silastic® 실리콘 탄성중합체 및 실리콘 물질은 아미노실란화 과정으로부터 더 많은 이득을 얻었다.
또한, 에틸 아세테이트 중에 약 5 mg/ml 미만의 PzF 농도에서 기질을 코팅하는 경우, 처리된 기질의 소수성 증가는 상당하지 않았다. 약 5 mg/ml 이상을 비롯한 약 5 mg/ml 이상의 농도에서, 물에 대한 전형적인 PzF 비-습윤 거동이 관찰되었 다.
기질을 완전히 건조시킨 후, 모든 비뇨기용 카테터의 민감한 풍선(balloon) 부분은 풍선 파열 또는 PzF 필름 박리를 유발하지 않고도 중간 정도의 압력(0-1.5 Bar)에서 용이하게 팽창될 수 있었다.
일반적으로, PzF 필름의 박리는 천연 및 코팅 기질의 계면 경계 및 고하중의 기계적 스트레스 하에서만 생긴다. PzF 층이 실리콘, Silastic®, 또는 라텍스 기질로부터 완전히 떨어지는 상황은 전혀 관찰되지 않았다.
이 실시예는 실리콘-코팅된 라텍스 카테터가 어떠한 탈습윤 효과 또는 PzF 접착 결여없이 직접적으로 코팅될 수 있음을 나타낸다. 코팅 효과는 물에 대한 접촉각 증가에서 즉각적으로 확인되었다. 기계적 스트레스 하에서 PzF 코팅의 접착은 APTMS를 접착 증진제로 하는 예비-처리에 의해 향상되었고, APTMS 가교에 필요한 천연 기질의 열적 안정성은 적용한 조건하에서 충분하였다. 100% 실리콘으로 제조된 카테터는 라텍스 물질과 유사한 방식으로 코팅될 수 있는 반면에, C.R.Bard Silastic® Brand와 같은 실리콘 탄성중합체계 카테터 물질은 습윤 경향 및 PzF 접착 측면에서 라텍스와 순수한 실리콘 화합물 사이의 중간 위치에 있음이 관찰되었다.
이러한 코팅 연구는 또한 가장 일반적으로 이용할 수 있는 카테터 물질이 카테터의 민감한 부분에 분별가능한 손상을 유발하지 않고도 약 10 mg/mL 이상의 농도인 에틸 아세테이트 중의 PzF 용액에 의해 성공적으로 코팅될 수 있음을 나타낸 다. 따라서, PzF 접착은 카테터가 작용하는 조건하에서 충분하였고, 또 이러한 접착은 카테터의 굽힘 및 삽입 또는 제거로부터 생기는 전형적인 기계적 스트레스를 견뎌야 한다. 실리콘 코팅된 라텍스, Silastic® 으로 제조된 카테터, 또는 100% 실리콘 중합체는 PzF 필름의 적용에 아주 잘 적합하다. 카테터의 내부 루멘은 코팅 과정 동안 배출 구멍을 열린 상태로 두어 외부 표면과 평행하게 코팅될 수 있다. 또한, 카테터의 팽창 부분은 상기 코팅 과정에 의해 영향을 받지 않는다.
실시예 10
PzF -코팅된 카테터의 특성
2개 유형의 실리콘 튜브 물질(16 프렌치 크기 x 11 cm 또는 20 cm 길이), 100% 실리콘으로 제조된 고무 물질, 및 라텍스 및 실리콘을 함유하는 물질을 마모 및 코팅 내구성에 대해 평가하였다. 양쪽 유형의 튜브는 상술한 방법에 따라 PzF로 코팅하였다. PzF 코팅의 윤활 특성은 프로그래밍될 수 있는 힘으로 클램프(clamped)된 2개의 실리콘 고무 패드 사이에서 시험 샘플을 잡아당기는 것에 의해 표면 마찰과 코팅 내구성 측정을 동시에 허용하는 FTS5000 Friction Test System (Harland Medical Systems)을 이용하여 측정하였다. 각 시험 샘플에 15 주기를 인가하고, 또 상기 시험에는 300 g의 클램핑력을 이용하였다. 15 주기 동안 평균 잡아당기는 힘(인력)을 기록하였다.
결과는 실리콘 또는 실리콘/라텍스 코팅된 튜브 샘플에서는 PzF 박리가 전혀 관찰되지 않음을 나타내었다. 평균 인력의 예비적 결과는 하기 표 3에 요약되어 있 다.
표 3. 비코팅된 대조 튜브에 대하여 PzF-코팅된 윤활 특성
Figure 112009026629008-PCT00014
이들 결과는 PzF에 의해 코팅된 실리콘 카테터 및 실리콘/라텍스 카테터 모두가 현저히 감소된 마찰력을 나타내어 현저히 향상된 윤활성을 가짐을 보여준다.
실시예 10
PzF -코팅된 실리콘 튜브의 생물학적 평가: 세균 접착 및 바이오필름 형성
Silastic® 물질 및 라텍스와 실리콘을 함유하는 물질과 같은 2개 유형의 시리콘 튜브 물질을 평가하였다. 약 30 cm 및 16 프렌치 크기의 양쪽 유형의 튜브를 상술한 방법에 따라 PzF로 코팅하였다. 양쪽 샘플은 대장균을 함유하는 인공뇨 배지를 사용하여 세균 접착 및 바이오필름 형성에 대해 평가하였다. 이 평가는 다음 2개의 별개의 시험방법을 이용하였다: 이하에 기재한 바와 같이 a) 동적, 연속적 유동법; 및 b) 정적 방법 또는 세그먼트화된 시험.
A. 연속적 유동 시험. PzF-코팅된 또는 미코팅 튜브의 각 샘플을 4개의 평행 채널(1채널/튜브)로 구성된 시험 시스템의 각 채널에 배치시켰다. 전체 시스템을 37℃ 배양기에 두고, 37℃의 인공뇨 배지에서 미리 생장한 대장균(ATCC 25922)을 접종하기 전에, 적어도 30분 동안 인공뇨의 연속 유동과 균형을 이루게 하였다. 인공뇨 배지의 유동은 7일 동안 약 0.7 mL/분의 비율로 유지시켰다. 약 5.0 cm의 세그먼트를 1, 3 및 7일의 지정된 시간 간격으로 튜브 샘플의 하방 단부로부터 절단해내었다. 5cm 조각을 3부분으로 나누어, 플레이트 카운트, SEM에 의한 바이오필름 형성 및 LIVE/DEAD® BaclightTM 세균 생존능 키트(L7012, Molecular Probes, Oregon, USA)에 의해 세균을 염색한 후 콘포컬 레이저 스캐닝 마이크로스코피(Confocal Laser Scanning Microscopy)(CSLM)에 의한 생존가능한 세포 평가에 의해 세균 접착을 분석하였다. 이하에 나타낸 연속 유동 시험 결과를 얻었다.
유동 시험 플레이트 카운트 분석: 플레이트 카운트 분석의 결과는 하기 표 4에 요약한다. PBS를 사용한 헹굼 단계를 7일 샘플에 적용하여 플레이트 카운트 분석하기 전에 미부착 세포를 제거하였다. 이들 결과는 코팅된 카테터 상에 형성된 바이오필름은 코팅되지 않은 카테터 상에 형성된 바이오필름과 대조적으로 카테터에 부착되지 않음을 나타낸다.
표 4. 생존가능한 세포 갯수/cm2 x 106
Figure 112009026629008-PCT00015
유동 시험 콘포컬 및 SEM 분석. 코팅된 샘플과 코팅되지 않은 샘플의 대표적인 콘포컬 및 SEM 영상은 상기 논의한 바와 같이 코팅되지 않은 대조용에 비하여 코팅된 카테터 상에서 바이오필름이 적게 존재함을 보여준다. 표 4에서의 데이터와 일치하게, 코팅된 카테터에서 보다 코팅되지 않은 카테터의 표면 상에 현저하게 더 많은 생존 세포가 존재하였다.
B. 세그먼트화된 , 정적 모드 시험. 이 시험은 3 cm 튜브 세그먼트를 이용하였다. 오직 코팅된 것과 코팅되지 않은 Silastic® 세그먼트화된 샘플만을 사용하였다. 샘플을 상기 기재한 바와 같이 대장균이 접종된 인공뇨를 함유하는 시험 튜브에 두었다. 대장균을 함유하는 37℃ 뇨 배지에 노출된지 2시간, 24시간, 48시간 및 72 시간의 4개의 상이한 시간에서 삼중( triplated) 세그먼트화된 샘플(3 x 3 cm) 세트를 제거하였다. 샘플들은 플레이트 카운트 및 콘포컬 레이저 스캐닝 마이크로스코피(Confocal Laser Scanning Microscopy)(CSLM)에 의한 생존가능한 세포 평가에 의해 세균 접착에 대해 시험되었다. 정적 시험 플레이트 카운트의 경우, 각 시 점으로부터 3개의 코팅되지 않은 세그먼트 및 3개의 코팅된 세그먼트를 벗겨내고 생존성 (배양가능한) 세포 카운트에 대해 삼중으로 스프레드 플레이팅하였다. 정적 시험 CSLM 분석을 위하여, 코팅디지 않은 샘플과 코팅된 샘플의 분비물을 제조자으 지시에 따라 LIVE/DEAD® BaclightTM 세균 생존능 키트(L7012, Molecular Probes, Oregon, USA)에 의해 염색하였다. 이하의 정적 모드 시험 결과를 얻었다.
정적 시험 플레이트 카운트 및 콘포컬 분석. 표 5에 요약한 결과는 상응하는 미코팅 샘플과 대조하여 PzF-코팅된 샘플에 대한 대장균 결합이 감소됨을 나타내었다. 세균 노출한지 2시간 후에 세포 카운트의 격감이 관찰되었다. 이들 결과는 유동 시험 방법에서의 발견과 일치하였다. 또한 유동 시험과 일치하는 것은 코팅된 실라스틱 샘플에서보다 미코팅 Silastic® 샘플의 표면에서 현저하게 더 많은 생존 세포가 존재한 것이다.
표 5. 생존가능한 세포 개수/PzF-코팅된 Silastic® 샘플의 m2
Figure 112009026629008-PCT00016

Claims (25)

  1. 하기 화학식(I)로 표시되는 폴리포스파젠과 조합된 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치:
    Figure 112009026629008-PCT00017
    (I)
    식 중에서,
    n은 2 내지 ∝이고; 또
    R1 내지 R6은 독립적으로 알킬, 아미노알킬, 할로알킬, 티오알킬, 티오아릴, 알콕시, 할로알콕시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 알킬티올레이트, 아릴티올레이트, 알킬설포닐, 알킬아미노, 디알킬아미노; 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로시클로알킬, 또는 질소, 또는 헤테로아릴 질소, 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로아릴로부터 선택되는 기임.
  2. 제 1항에 있어서, R1 내지 R6의 적어도 1개는 적어도 1개의 플루오르 원자에 의해 치환된 알콕시 기인 의료 장치.
  3. 제 1항에 있어서, R1 내지 R6의 적어도 1개는 OCH3, OCF3, OCH2CH3, OCH2CF3, OCH2CH2CH3, OCH2CH2CF3, OCH2CF2CF3, OCH(CF3)2, OCCH3(CF3)2, OCH2CF2CF2CF3, OCH2(CF2)3CF3, OCH2(CF2)4CF3, OCH2(CF2)5CF3, OCH2(CF2)6CF3, OCH2(CF2)7CF3, OCH2CF2CHF2, OCH2CF2CF2CHF2, OCH2(CF2)3CHF2, OCH2(CF2)4CHF2, OCH2(CF2)5CHF2, OCH2(CF2)6CHF2, 또는 OCH2(CF2)7CHF2 로부터 선택되는 의료 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 폴리포스파젠은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)]포스파젠인 의료 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 폴리유기실옥산은 폴리포스파젠에 의해 코팅되고 및/또는 반응하는 중간층에 의해 코팅되거나, 반응하거나, 배합되거나, 그라프팅되거나, 결합되거나, 가교되거나, 공중합되거나, 또는 코팅 및/또는 반응될 수 있는 의료 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 폴리유기실옥산은 폴리포스파젠에 의해 코팅되고, 이때 폴리포스파젠 코팅은 약 1개 중합체 단층 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 의료 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 폴리유기실옥산 및 폴리포스파젠 사이에 연결층을 더 포함하는 의료 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은 폴리유기실옥산을 폴리포스파젠과 조합하기 전에, N-메틸-아자-2,2,4-트리메틸실라시클로펜탄; 2,2-디메톡시-1,6-디아자-2-실라시클로옥탄; (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌 트리아민; (3-아미노프로필)트리메톡시실란 (APTMS); N-(3-(트리메톡시실릴)프로필)메탄디아민; N1,N2-비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민; 1,3,5-트리스(3-트리메톡시실릴)프로필)-1,3,5-트리아진-2-4-6-트리온; 또는 이들의 조합물로부터 선택된 접착 증진제와 접촉시키는 의료 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은, 폴리포스파젠과 조합되기 전에, 히드록시, 카르복시, 카르복실, 알데히드, 퍼옥시, 아미노, 이미노, 할로, 히드리드, 니트로, 알콕시, 알킬설포닐, 디알킬 아미노, 아릴옥시, N-헤테로시클로알킬, N-헤테로아릴, 모노에틸렌 이민, 올리고에틸렌 이민, 폴리에틸렌 이민, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 시클릭 폴리포스파젠, 모노실란, 올리고실란, 폴리실란, 아미노-말단 실란, 아미노-말단 알켄, 니트로-말단 알켄, 알킬포스폰산, 우레이도-말단 실란, 글리시딜-말단 실란, 티올-말단 실란, 아크로일-말단 실란, 퍼플루오로실란, 또는 이들의 조합물로부터 선택되는 작용성 잔기에 의해 작 용화되는 의료 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은, 폴리포스파젠과 조합하기 전에, 접착 증진제, 팽윤제, 가교제, 산, 염기, 산화제, 플루오르화제, 환원제, X-선 원료, 화학방사선, 이온화 방사선, e-비임 방사선, 코로나 방전, 화염 열분해, 플라즈마 방전, 또는 이들의 조합과 접촉되는 의료 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 폴리포스파젠은 적어도 약 70,000 g/mol의 분자량을 갖는 의료장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은 ASTM D1418에 따라 분류 MQ, VMQ, PMQ, PVMQ 또는 FVMQ로부터 선택되는 의료 장치.
  13. a. 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치를 제공하고; 및
    b. 상기 폴리유기실옥산을 하기 화학식(I)의 폴리포스파젠과 조합하는 것을 포함하는 의료 장치의 제조 방법:
    Figure 112009026629008-PCT00018
    (I)
    식 중에서,
    n은 2 내지 ∝이고; 또
    R1 내지 R6은 독립적으로 알킬, 아미노알킬, 할로알킬, 티오알킬, 티오아릴, 알콕시, 할로알콕시, 아릴옥시, 할로아릴옥시, 알킬티올레이트, 아릴티올레이트, 알킬설포닐, 알킬아미노, 디알킬아미노; 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로시클로알킬, 또는 질소, 또는 헤테로아릴 질소, 산소, 황, 인, 또는 그의 조합물로부터 선택되는 1 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로아릴로부터 선택되는 기임.
  14. 제 13항에 있어서, R1 내지 R6의 적어도 1개는 적어도 1개의 플루오르 원자에 의해 치환된 알콕시 기인 의료 장치의 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서, R1 내지 R6의 적어도 1개는 OCH3, OCF3, OCH2CH3, OCH2CF3, OCH2CH2CH3, OCH2CH2CF3, OCH2CF2CF3, OCH(CF3)2, OCCH3(CF3)2, OCH2CF2CF2CF3, OCH2(CF2)3CF3, OCH2(CF2)4CF3, OCH2(CF2)5CF3, OCH2(CF2)6CF3, OCH2(CF2)7CF3, OCH2CF2CHF2, OCH2CF2CF2CHF2, OCH2(CF2)3CHF2, OCH2(CF2)4CHF2, OCH2(CF2)5CHF2, OCH2(CF2)6CHF2, 또는 OCH2(CF2)7CHF2 로부터 선택되는 의료 장치의 제조 방법.
  16. 제 13항에 있어서, 폴리포스파젠은 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로에톡시)]포스파젠인 의료 장치의 제조 방법.
  17. 제 13항에 있어서, 폴리유기실옥산은 폴리포스파젠에 의해 코팅되고 및/또는 반응하는 중간층에 의해 코팅되거나, 반응하거나, 배합되거나, 그라프팅되거나, 결합되거나, 가교되거나, 공중합되거나, 또는 코팅 및/또는 반응될 수 있는 의료 장치의 제조 방법.
  18. 제 13항에 있어서, 폴리유기실옥산은 폴리포스파젠에 의해 코팅되고, 이때 폴리포스파젠 코팅은 약 1개 중합체 단층 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 의료 장치의 제조 방법.
  19. 제 13항에 있어서, 폴리유기실옥산을 폴리포스파젠과 조합하기 전에, 상기 폴리유기실옥산을 N-메틸-아자-2,2,4-트리메틸실라시클로펜탄; 2,2-디메톡시-1,6-디아자-2-실라시클로옥탄; (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌 트리아민; (3-아미노프로필)트리메톡시실란 (APTMS); N-(3-(트리메톡시실릴)프로필)메탄디아민; N1,N2-비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민; 1,3,5-트리스(3-트리메톡시실릴)프로필)-1,3,5-트리아진-2-4-6-트리온; 또는 이들의 조합물로부터 선택된 접착 증 진제와 접촉시키는 것을 더 포함하는 의료 장치의 제조 방법.
  20. 제 13항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은 폴리유기실옥산을 폴리포스파젠과 조합하기 전에, 히드록시, 카르복시, 카르복실, 알데히드, 퍼옥시, 아미노, 이미노, 할로, 히드리드, 니트로, 알콕시, 알킬설포닐, 디알킬 아미노, 아릴옥시, N-헤테로시클로알킬, N-헤테로아릴, 모노에틸렌 이민, 올리고에틸렌 이민, 폴리에틸렌 이민, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 시클릭 폴리포스파젠, 모노실란, 올리고실란, 폴리실란, 아미노-말단 실란, 아미노-말단 알켄, 니트로-말단 알켄, 알킬포스폰산, 우레이도-말단 실란, 글리시딜-말단 실란, 티올-말단 실란, 아크로일-말단 실란, 퍼플루오로실란, 또는 이들의 조합물로부터 선택되는 작용성 잔기에 의해 작용화하는 것을 더 포함하는 의료 장치의 제조 방법.
  21. 제 13항에 있어서, 상기 폴리유기실옥산은, 폴리포스파젠과 조합하기 전에, 접착 증진제, 팽윤제, 가교제, 산, 염기, 산화제, 플루오르화제, 환원제, X-선 원료, 화학방사선, 이온화 방사선, e-비임 방사선, 코로나 방전, 화염 열분해, 플라즈마 방전, 또는 이들의 조합과 접촉되는 의료 장치의 제조 방법.
  22. 제 13항에 있어서, 상기 폴리포스파젠은 적어도 약 70,000 g/mol의 분자량을 갖는 의료 장치의 제조 방법.
  23. a. 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치를 제공하고;
    b. 경우에 따라, 폴리유기실옥산의 표면을 세정하며;
    c. 폴리유기실옥산을 N-메틸-아자-2,2,4-트리메틸실라시클로펜탄; 2,2-디메톡시-1,6-디아자-2-실라시클로옥탄; (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌 트리아민; (3-아미노프로필)트리메톡시실란 (APTMS); N-(3-(트리메톡시실릴)프로필)메탄디아민; N1,N2-비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민; 1,3,5-트리스(3-트리메톡시실릴)프로필)-1,3,5-트리아진-2-4-6-트리온; 또는 이들의 조합물로부터 선택된 접착 증진제와 접촉시키고;
    d. 폴리유기실옥산이 접착 증진제와 접촉하는 것과 실질적으로 동시에 또는 접촉한 후에 폴리유기실옥산을 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로메톡시)]포스파젠과 접촉시키는 것을 포함하는 의료장치의 제조방법.
  24. 제 23항에 있어서, 폴리유기실옥산의 표면 세정은 플라즈마 활성화에 의해 또는 폴리유기실옥산을 경우에 따라 팽윤제를 포함하는 염기성 용액과 접촉시키는 것에 의해 생기는 의료 장치의 제조 방법.
  25. a. 폴리유기실옥산을 포함하는 의료 장치를 제공하고;
    b. 경우에 따라, 폴리유기실옥산의 표면을 세정하며;
    c. 폴리유기실옥산을 N-메틸-아자-2,2,4-트리메틸실라시클로펜탄; 2,2-디메 톡시-1,6-디아자-2-실라시클로옥탄; (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌 트리아민; (3-아미노프로필)트리메톡시실란 (APTMS); N-(3-(트리메톡시실릴)프로필)메탄디아민; N1,N2-비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민; 1,3,5-트리스(3-트리메톡시실릴)프로필)-1,3,5-트리아진-2-4-6-트리온; 또는 이들의 조합물로부터 선택된 접착 증진제와 접촉시키고;
    d. 폴리유기실옥산이 접착 증진제와 접촉하는 것과 실질적으로 동시에 또는 접촉한 후에 폴리유기실옥산을 폴리[비스(2,2,2-트리플루오로메톡시)]포스파젠과 접촉시키는 것을 포함하며;
    포유동물의 조직 또는 체액과 접촉하는 의료 장치의 표면이 폴리유기실옥산을 포함하는,
    포유동물의 조직 또는 체액과 접촉될 때 의료 장치의 생체적합성을 개선시키는 방법.
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