JP2020093413A - 機能性ポリオレフィン - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アニオン性生体高分子の固定化が可能な機能性ポリオレフィン、および、当該機能性ポリオレフィンの好適な製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る機能性ポリオレフィンは、表面にコーティング層を有し、当該コーティング層が、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含むことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、ＤＮＡ等のアニオン性生体高分子を固定化することもできる機能性ポリオレフィン、および当該機能性ポリオレフィンの好適な製造方法に関するものである。

材料表面の機能化は幅広い分野で求められており、ペプチドやＤＮＡなどの機能性物質を表面に固定化したものはバイオチップなどのデバイスとして用いられる。近年、バイオチップ基板として安価に大量生産できる樹脂材料の使用が増加しているが、耐薬品性や非特異的な分子吸着が課題である。こうした課題を克服できる材料として、ポリオレフィンが広く知られている。ポリオレフィンは化学耐性に優れ、非特異的な分子吸着が比較的少なく多用されている材料である。ポリオレフィンの中でもポリプロピレンは耐薬品性などに加えて加工性にも比較的優れるため、容器やピペットマンチップなどの材料として利用されている。

上記のポリオレフィンの利点は、非極性や低表面自由エネルギー、すなわち低反応性によるといえる。しかし反応性が乏しいということは、表面修飾が困難であるという不利点の原因ともなる。事実、未処理のポリオレフィン表面への塗装や接着は難しく、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理、クロム酸処理、研磨処理などが事前に必要となる。これら物理的処理は煩雑であり、工業的に不利になるのみでなく、凹凸や曲面を有する成形品への均一処理が難しいという問題がある。

ポリオレフィンの表面処理として、塗料や接着剤などとポリオレフィンとの両方に親和性の高いプライマーを塗布するプライマー処理が知られている。プライマー処理はディップコートや噴霧といった簡便な操作で行うことができ、また、凹凸や曲面を有する成形品への均一処理も可能である。プライマー処理といえるものではないが、非特許文献１には、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）の表面に、疎水性相互作用を利用して、ドデシル基またはフェニル基、ポリエチレングリコール基およびエポキシ基を側鎖に有するポリメチルメタクリレート層を形成し、ＣＯＣ表面に生体分子を結合させる方法が記載されている。

非特許文献２には、側鎖にフルオロ炭化水素基とポリエチレングリコール基を有するアクリレート系共重合体により、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体（Ｐ（２Ｆ−４Ｆ））とポリメチルメタクリレートとの混合マトリックス樹脂の表面に、撥水性と共に接着性を付与する技術が開示されている。かかる混合マトリックス樹脂の表面にはＰＥＧ鎖が提示されているため、親油性の汚れも付着し難いと考えられる。

本発明者らは、不活性なポリオレフィンの表面へ簡便かつ安定的に機能性基を導入することができる機能性ポリオレフィンの製造方法を開発している（特許文献１）。かかる方法では、ポリオレフィンを、機能性基およびフルオロ化炭化水素基を有する（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂との混合樹脂でコーティングすることにより、ポリオレフィンの表面に機能性基を提示している。

特開２０１７−１５４１３１号公報

Ｄａｅｋｙｕｎｇ Ｓｕｎｇら，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０１２，２８，４５０７−４５１４ Ｋａｙａ Ｔｏｋｕｄａら，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０１５，３１，２０９−２１４

上述したように、本発明者らはポリオレフィンの表面に機能性基を導入する技術を開発している。具体的には、表面にポリエチレングリコール基やカルボキシ基を有するポリオレフィンの製造に成功している。
しかし本発明者らは、表面にカルボキシ基を導入したポリオレフィンには、ＤＮＡ等のアニオン性生体高分子を固定化できないことを実験的に確認した。
そこで本発明は、アニオン性生体高分子の固定化が可能な機能性ポリオレフィン、および、当該機能性ポリオレフィンの好適な製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、表面にアミノ基が提示された機能性ポリオレフィンであれば、アニオン性生体高分子の固定化も可能であることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。

［１］ 表面にコーティング層を有し、
上記コーティング層が、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含むことを特徴とする機能性ポリオレフィン。

［２］ 上記アミノ基を有する構造単位が、下記式で表されるものである上記［１］に記載の機能性ポリオレフィン。
［式中、Ｒ¹はＨまたはメチル基を示し、Ｘはリンカー基を示す。］

［３］ 上記リンカー基が、式−Ｙ−ＣＲ²Ｒ³−ＣＲ⁴Ｒ⁵−（−Ｏ−ＣＲ²Ｒ³−ＣＲ⁴Ｒ⁵−）_n−（式中、ＹはＯまたはＮＨであり、Ｒ²〜Ｒ⁵は、独立してＨまたはＣ_1-6アルキル基を示し、ｎは６以上の整数である。）で表されるものである上記［２］に記載の機能性ポリオレフィン。

［４］ 上記フルオロ化炭化水素基がＣ_2-15パーフルオロアルキル基である上記［１］〜［３］のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。

［５］ 上記変性ポリオレフィン樹脂が、クロロ、ブロモおよびヨードからなる群より選択される１以上のハロゲノ基、並びに／または、カルボン酸基を有するものである上記［１］〜［４］のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。

［６］ 更にアニオン性生体高分子を含み、当該アニオン性生体高分子が上記アミノ基を介して結合している上記［１］〜［５］のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。

［７］ 上記アニオン性生体高分子が、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡである上記［６］に記載の機能性ポリオレフィン。

［８］ 機能性ポリオレフィンを製造するための方法であって、
ポリオレフィンを、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含む溶液に浸漬する工程を含み、
上記溶液における上記（メタ）アクリレート樹脂の濃度が１質量％以上であり、且つ上記変性ポリオレフィン樹脂の濃度が０．１質量％以上、２質量％以下であることを特徴とする方法。

本発明の機能性ポリオレフィンには、従来、ポリオレフィン表面への固定化が難しかったアニオン性生体高分子を良好に固定化することができる。よって本発明の機能性ポリオレフィンは、アニオン性生体高分子を固定化することによりバイオチップなどとして利用できるため、産業上非常に有用である。

図１は、コーティング層を構成する（メタ）アクリレートの主鎖とアミノ基を連結するポリエチレングリコール基の長さと、ポリオレフィン表面に存在するアミノ基の密度との関係を示すグラフである。 図２は、コーティング層を形成するための溶液中の（メタ）アクリレート樹脂の濃度と、ポリオレフィン表面に存在するアミノ基の密度との関係を示すグラフである。 図３は、コーティング層を形成するための溶液中の変性ポリオレフィン樹脂の濃度と、ポリオレフィン表面に存在するアミノ基の密度との関係を示すグラフである。 図４は、原料ポリオレフィン、表面にカルボキシ基を導入した機能性ポリオレフィン、および表面にアミノ基を導入した本発明の機能性ポリオレフィンの表面に固定化されたＤＮＡの密度を示すグラフである。

本発明に係る機能性ポリオレフィンは、表面にコーティング層を有し、当該コーティング層が、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含むことを特徴とする。

本発明において原材料として用いる「ポリオレフィン」は、ポリオレフィンを主な材料とするものであり、既にポリオレフィン製品として流通しているものや、ポリオレフィン基材などポリオレフィン製品のための中間製品、および、成形されたポリオレフィンのみならず、成形前のポリオレフィン材料などを含むものである。

ポリオレフィンとは、その構造中に少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有するオレフィンモノマーの重合体をいう。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテンなどのポリ−α−オレフィン；ポリブタジエンなどのポリジオレフィン；ポリノルボルネンやポリ−ビシクロ［３．２．１］オクタ−２−エンなどのポリ環状オレフィンを挙げることができ、ポリ−α−オレフィンが好ましく、ポリエチレンまたはポリプロピレンがより好ましく、生物化学分野製品で汎用されているポリプロピレンがさらに好ましい。

ポリオレフィンは、アイソタクチックポリプロピレンであってもよい。アイソタクチックポリプロピレンは、メチル基が同じ側に規則正しく並んだ構造を有するポリプロピレンであり、結晶性を示す。アイソタクチックポリプロピレンは、０．５質量％以上、２質量％以下程度のシンジオタクチックポリプロピレンおよび／またはアタクチックポリプロピレンを含んでいてもよい。

「ポリオレフィンを主な材料」とするとは、主要な材料がポリオレフィンであることを意味し、例えば、材料全体に対するポリオレフィンの割合が５０質量％以上であるものをいう。当該割合としては、６０質量％以上または８０質量％以上が好ましく、９０質量％以上または９５質量％以上がより好ましく、９８質量％以上がさらに好ましい。或いは、不可避的不純物など以外、実質的にポリオレフィンのみからなることが好ましい。

ポリオレフィン製品としては、例えば、ポリ容器やビニール袋、生物化学分野製品で用いられるピペットマンチップ、エッペンドルフチューブ、ＰＣＲチューブ、マイクロプレート、シャーレなどを挙げることができる。ポリオレフィン中間製品としては、例えば、バイオチップ基板、センサー部品、フィルタ、多孔質膜などを挙げることができる。

本発明においてポリオレフィンをコーティングする（メタ）アクリレート樹脂は、アミノ基を有する構造単位とフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む。

本発明において（メタ）アクリレート樹脂の基本骨格は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、およびアクリル酸−メタクリル酸共重合体のいずれであってもよい。また、アミノ基を有する構造単位とフルオロ化炭化水素基を有する構造単位の他、アクリル酸エステル単位および／またはメタクリル酸エステル単位や、ナトリウム塩などアクリル酸塩単位および／またはメタクリル酸塩単位などの（メタ）アクリレート単位を含んでいてもよい。エステルとしては、Ｃ_1-6アルキルエステルを挙げることができ、Ｃ_1-4アルキルエステルが好ましく、Ｃ_1-2アルキルエステルがより好ましく、メチルエステルがより更に好ましい。

フルオロ化炭化水素基は、主にその高い表面自由エネルギーにより、（メタ）アクリレート樹脂をコーティング層の表面に偏析させる機能を有する。その結果、アミノ基がコーティング層に埋没することなく、表面に提示される。なお、本発明者らの実験的知見によれば、カルボン酸基を有する変性ポリオレフィン樹脂のみでポリオレフィンをコーティングしたが、カルボン酸基はおそらくコーティング層中に埋没してしまい、表面に十分に提示されなかった。

フルオロ化炭化水素基の炭素数は適宜調整すればよいが、２以上１５以下が好ましく、４以上１０以下がより好ましい。また、フルオロ化炭化水素基においては、炭化水素基の水素原子の８０原子％以上がフルオロ化されていることが好ましい。当該割合としては、９０原子％以上がより好ましく、９５原子％以上がさらに好ましく、全ての水素原子がフルオロ基に置換されているパーフルオロアルキル基が特に好ましい。

ポリオレフィンをコーティングする（メタ）アクリレート樹脂は、アミノ基を有する構造単位を含む。当該（メタ）アクリレート樹脂は、上述した通りフルオロ化炭化水素基を有する構造単位も含む。フルオロ化炭化水素基は電気陰性度の高いフロオロ基によりマイナスに帯電しているため、上記（メタ）アクリレート樹脂でコーティングされたポリオレフィンの表面は、アニオン性生体高分子が接近し難い環境にあるといえる。よって、本発明者らの実験的知見によれば、コーティング層の表面にカルボキシ基を提示したポリオレフィンに十分量のアニオン性生体高分子を固定化することはできなかった。それに対して、コーティング層の表面にアミノ基を提示したポリオレフィンには十分量のアニオン性生体高分子を固定化できることが実験的に確認されている。

アミノ基およびフルオロ化炭化水素基は、（メタ）アクリレート樹脂の側鎖カルボキシ基を介して導入すればよい。例えば、保護されたアミノ基またはフルオロ化炭化水素基に置換されたアルコール化合物やアミノ化合物と、（メタ）アクリレート樹脂の主鎖を構成する（メタ）アクリル酸のカルボキシ基との間でエステル結合またはアミド結合を形成させた上で、（メタ）アクリレート系モノマーとラジカル共重合をさせればよい。或いは、保護されたアミノ基およびフルオロ化炭化水素基は、リンカー基を介して（メタ）アクリル酸のカルボキシ基に結合していてもよい。リンカー基は、（メタ）アクリレート系モノマーの合成を容易にしたり、コーティング層表面へのアミノ基の提示を促進する作用を示す。

上記リンカー基は、上記作用を示すものであれば特に制限されないが、例えば、Ｃ_1-6アルキレン基、エーテル基（−Ｏ−）、チオエーテル基（−Ｓ−）、カルボニル基（−Ｃ（＝Ｏ）−）、チオニル基（−Ｃ（＝Ｓ）−）、エステル基（−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−または−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−）、アミド基（−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−または−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＨ−）、ウレア基（−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＨ−）、チオウレア基（−ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨ−）、ポリアルキレングリコール基、およびポリビニルアルコール基；および、２以上、５以下のこれら基が連結された基が挙げられる。連結された基としては、例えば、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、チオニル基、エステル基、アミド基、ウレア基、チオウレア基、ポリアルキレングリコール基、およびポリビニルアルコール基からなる群より選択される基を一端または両端に有するＣ_1-6アルキレン基を挙げることができる。

ポリアルキレングリコール基とポリビニルアルコール基は、上記（メタ）アクリレート樹脂へ親水性を付与することにより、親油性汚れの付着を抑制することも可能になる。また、ポリアルキレングリコール基とポリビニルアルコール基の自由体積効果により、上記（メタ）アクリレート樹脂がコーティング層の表面に偏在することになる。ポリアルキレングリコール基：−（−Ｏ−ＣＲ²Ｒ³−ＣＲ⁴Ｒ⁵−）_n−およびポリビニルアルコール基：−（ＣＲ⁶Ｒ⁷−ＣＲ⁸（ＯＨ）−）_m−の重合数ｎおよびｍは特に制限されず、適宜調整すればよいが、例えば、４以上５０以下とすることができる。当該重合数が４以上であれば、水溶性向上効果や防汚効果などをより確実に発揮させることができる。一方、当該重合数が５０以下であれば、上記変性ポリオレフィン樹脂と十分に相溶させることができる。当該重合数としては、６以上がより好ましく、８以上がさらに好ましく、また、４０以下または２０以下がより好ましく、１６以下または１４以下がさらに好ましい。また、Ｒ²〜Ｒ⁸は、独立してＨまたはＣ_1-6アルキル基を示す。

上記（メタ）アクリレート樹脂における（メタ）アクリレート単位、アミノ基を有する構造単位、およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位の割合は、適宜調整すればよいが、例えば、モル比で６０〜８５：５〜２０：５〜３０（合計１００）とすることができる。なお、「ｘ〜ｙ」の範囲には、ｘおよびｙが含まれるものとする。

上記（メタ）アクリレート樹脂は、（メタ）アクリレート単位、アミノ基を有する構造単位、およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位に対応するモノマーを共重合させることにより製造することができる。なお、上記（メタ）アクリレート樹脂は高分子であることから分析が困難であり、その構造を具体的に特定することは極めて難しい。よって、上記（メタ）アクリレート樹脂における各構造単位の割合は、共重合反応に用いた各モノマーのモル比として把握される。

本発明で用いる「変性ポリオレフィン樹脂」は、ポリオレフィン系樹脂であるが故にポリオレフィンの表面に対する接着性が高い上に、変性されているが故に上記（メタ）アクリレート樹脂との親和性に優れるものである。即ち、ポリオレフィン自体は官能基を有さないためにポリオレフィンの表面は不活性であり、プラズマ処理や火炎処理など煩雑な事前処理を施さない限り、機能性基の導入やコーティングが難しい。しかし変性ポリオレフィン樹脂を用いることにより、ポリオレフィンの表面を上記（メタ）アクリレート樹脂を含むコーティング層で被覆することが可能になる。

変性ポリオレフィン樹脂としては、クロロ基、ブロモ基およびヨード基からなる群より選択される１以上のハロゲノ基、並びに／または、カルボン酸基がポリオレフィン主鎖にグラフト付加しているものが好ましい。

ハロゲノ基は、ポリオレフィンの極性を高めることにより、上記（メタ）アクリレート樹脂に対する親和性を高めるのみでなく、溶媒に対する溶解性を高める作用効果を示す。また、カルボン酸基は、水素結合などにより、上記（メタ）アクリレート樹脂に対する親和性を高める。ハロゲノ基やカルボン酸基は、ポリオレフィン主鎖に直接結合していてもよいし、上記で例示したリンカー基を介して結合していてもよいものとする。また、カルボン酸基には、カルボキシ基の他、カルボン酸無水物基も含まれる。カルボン酸無水物基としては、例えば、無水コハク酸基や無水マレイン酸基を挙げることができる。これらハロゲノ基およびカルボン酸基の導入量は適宜調整すればよいが、例えば、変性ポリオレフィン樹脂全体に対して１０質量％以上、４０質量％以下の範囲で調整することができる。

変性ポリオレフィン樹脂はこれらハロゲノ基またはカルボン酸基のいずれか一方または両方で変性されていればよく、各基の導入量は適宜調整すればよい。例えば変性ポリオレフィン樹脂のハロゲノ基の導入量は、変性ポリオレフィン樹脂に対して５質量％以上、４０質量％以下が好ましい。当該割合が５質量％以上であると、溶液安定性が特に良好となり、４０質量％以下では、変性ポリオレフィン樹脂の結晶性が向上し、ポリオレフィンとの密着性が特に良好である。上記割合としては、８質量％以上がより好ましく、１０質量％以上がより更に好ましく、１２質量％以上が特に好ましく、１４質量％以上が最も好ましく、また、３８質量％以下がより好ましく、３５質量％以下がより更に好ましく、３２質量％以下が特に好ましく、３０質量％以下が最も好ましい。変性ポリオレフィン樹脂のハロゲノ基の導入量は、例えばハロゲノ基がクロロ基である場合、ＪＩＳ Ｋ−７２２９−１９９５に準じて滴定によって測定することができる。

変性ポリオレフィン樹脂のカルボン酸基の導入量としては、変性ポリオレフィン樹脂に対して０．１質量％以上、１０質量％以下が好ましい。当該割合としては、０．３質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上がより更に好ましく、０．８質量％以上が特に好ましく、１質量％以上が最も好ましく、また、８質量％以下がより好ましく、７質量％以下がより更に好ましく、６質量％以下が特に好ましく、５質量％以下が最も好ましい。カルボン酸基として無水マレイン酸基を導入した場合の導入量は、ＦＴ−ＩＲにより求めることができる。ＦＴ−ＩＲ測定装置としては、例えば島津製作所社製のＦＴ−ＩＲ８２００ＰＣが挙げられる。具体的な測定条件としては、まず無水マレイン酸を任意の濃度で溶解して検量線溶液を作製する。検量線溶液のＦＴ−ＩＲ測定を行い、無水マレイン酸のカルボニル（Ｃ＝Ｏ）基の伸縮ピーク（１７８０ｃｍ^-1）の吸光度より検量線を作成する。変性ポリオレフィン樹脂をクロロホルムに溶解させてＦＴ−ＩＲ測定を行い、前記検量線をもとに無水マレイン酸のカルボニル結合の伸縮ピーク（１７８０ｃｍ^-1）の吸光度より無水マレイン酸による酸変性量を求める。

変性ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量（Ｍ_w）は、４０，０００以上、１７０，０００以下の範囲であることが好ましい。当該重量平均分子量が４０，０００以上では、凝集力が強くなりポリオレフィンとの密着性に優れる傾向があり、１７０，０００以下では、溶解性が良好である。当該重量平均分子量としては、５０，０００以上がより好ましく、６０，０００以上がより更に好ましく、７０，０００以上が特に好ましく、８０，０００以上が最も好ましく、また、１６０，０００以下がより好ましく、１５０，０００以下がより更に好ましく、１４０，０００以下が特に好ましく、１３０，０００以下が最も好ましい。本発明における重量平均分子量は、標準物質としてポリスチレン樹脂を用い、移動相としてテトラヒドロフランを用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（以下、「ＧＰＣ」ともいう。）によって４０℃の雰囲気下で測定した値をいうものとする。

変性ポリオレフィン樹脂は、エチレンやプロピレンなどのオレフィンモノマーに加えて、上記ハロゲノ基および／またはカルボン酸基を側鎖に有するオレフィンモノマーを共重合させることにより製造することができる。また、ポリプロピレンやポリエチレンなどのオレフィンポリマーに、上記ハロゲノ基および／またはカルボン酸基を有する化合物をグラフト共重合させることによっても製造することができる。変性ポリオレフィン樹脂におけるハロゲノ基および／またはカルボン酸基の含有量は、上記オレフィンモノマーや上記化合物の使用割合により調整可能である。

ポリオレフィンの表面をコーティングする上記（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂の混合割合は特に制限されず、適宜調整すればよいが、例えば、上記（メタ）アクリレート樹脂に対する上記変性ポリオレフィン樹脂の割合を０．２５質量倍以上、５質量倍以下程度にすることが好ましい。当該割合が０．２５質量倍以上であれば、ポリオレフィン表面へのコーティング層の接着性をより確実に確保することができる。一方、当該割合が５質量倍以下であれば、上記（メタ）アクリレート樹脂が有するアミノ基の機能がより効果的に発揮される。当該割合としては、０．５質量倍以上が好ましく、また、２質量倍以下が好ましく、１．５質量倍以下がより好ましい。

次に、本発明に係る機能性ポリオレフィンの製造方法について説明する。
１．コーティング工程
本工程では、ポリオレフィンの表面を、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂との混合樹脂でコーティングする。

上記変性ポリオレフィン樹脂が溶媒に溶解可能である場合、上記（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂を溶媒に溶解して溶液とし、得られた溶液を使うことにより、ディップコーティング、スプレーコーティング、ブラシコーティング、スピンコーティングなどの簡便な方法でポリオレフィンをコーティングすることが可能になる。

上記溶液の溶媒は、上記変性ポリオレフィン樹脂などに対する溶解性や除去の容易さなどを考慮して適宜選択すればよいが、例えば、クロロベンゼンやトルエンなどの芳香族炭化水素系溶媒；脂肪族炭化水素系溶媒；アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒；テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒；酢酸エチルなどのエステル系溶媒；およびこれら溶媒を２以上含む混合溶媒などを挙げることができる。

上記溶液の濃度は適宜調整すればよいが、例えば、上記（メタ）アクリレート樹脂の濃度としては０．１質量％以上、１０質量％以下とすることができる。当該濃度としては１質量％以上が好ましい。当該濃度が１質量％以上であれば、ポリオレフィンの表面に十分量のアミノ基をより確実に提示させることができる。当該濃度としては、２質量％以上または３質量％以上がより好ましく、４質量％以上がより更に好ましい。また、変性ポリオレフィン樹脂の濃度としては、０．１質量％以上、１０質量％以下とすることができる。当該濃度が０．１質量％以上であれば、ポリオレフィンに対するコーティング層の接着性がより確実に確保される。当該濃度としては、０．２５質量％以上が好ましく、また、５質量％以下または２質量％以下がより好ましく、１．５質量％以下または１質量％以下がより更に好ましい。当該濃度が低いほど、ポリオレフィンの表面に十分量のアミノ基をより確実に提示させることができる。上記（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂の合計濃度を０．２質量％以上、２０質量％以下程度とすることができる。溶液の作製時には、溶媒の沸点未満で加熱してもよい。

ポリオレフィンを上記溶液に浸漬するか、或いはポリオレフィンに上記溶液を噴霧または塗布した後は、乾燥することにより上記溶媒を留去してコーティング層を形成することが好ましい。但し、下記の加熱処理工程を行う場合には、乾燥処理に続いて加熱処理を行ってもよいが、加熱処理は乾燥処理を兼ねるため、乾燥処理を別途行う必要はない。

また、上記（メタ）アクリレート樹脂のアミノ基が保護されている場合には、保護基に応じた脱保護反応を、コーティング層を形成した段階か或いは次工程で行うことが好まし。

２．加熱処理工程
本工程では、上記（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂の混合樹脂を含むコーティング層を表面に形成したポリオレフィンを、上記変性ポリオレフィン樹脂の融点以上、融点＋４０℃以下で加熱する。本工程の実施は任意であり、実施しなくてもよいが、実施することによりおそらく上記変性ポリオレフィン樹脂の少なくとも一部が溶融し、コーティング層表面への上記（メタ）アクリレート樹脂の偏析が促進されると考えられる。

加熱処理時間は特に制限されず、適宜調整すればよいが、例えば、１時間以上、２４時間以内とすることができる。

上記コーティング工程を経て、または上記コーティング工程と加熱処理工程を経て製造された機能性ポリオレフィンでは、表面に上記（メタ）アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂の混合樹脂コーティング層が形成されている。当該コーティング層は、上記変性ポリオレフィン樹脂の作用により不活性なポリオレフィン基材の表面への接着性が高く、また、その表面には上記（メタ）アクリレート樹脂が偏析しており、アミノ基が表面に露出していると考えられる。かかるアミノ基を介して、本発明に係る機能性ポリオレフィンの表面にアニオン性生体高分子を固定することができる。

アニオン性生体高分子としては、全体としてマイナス電荷を有する生体高分子であれば特に制限されない。例えば、リン酸ジエステル基により全体としてマイナス電荷を有するＤＮＡおよびＲＮＡ、塩基性アミノ酸残基に比べてアスパラギン酸およびグルタミン酸の酸性アミノ酸残基をより多く含むタンパク質やペプチド、および、ヒアルロン酸など酸性基を有する酸性多糖類を挙げることができる。

本発明の機能性ポリオレフィンにアニオン性生体高分子を固定化する方法は適宜選択すればよく、特に制限されない。例えば、本発明の機能性ポリオレフィンの表面に提示されているアミノ基に、アニオン性生体高分子を直接反応させてもよい。その場合には、例えばアニオン性生体高分子に含まれるカルボキシ基を活性エステル化したり、酸クロライド化したり、縮合剤を用いてもよいし、アニオン性生体高分子にアミノ基と反応する反応性官能基を導入してもよい。或いは、機能性ポリオレフィン上のアミノ基やアニオン性生体高分子の官能基に、これらアミノ基または官能基に対する反応性基を有するリンカー基を結合させ、当該リンカー基の反応性基とアニオン性生体高分子の官能基または機能性ポリオレフィン上のアミノ基と反応させてもよい。

従来、ポリオレフィンは安価で加工性や耐薬品性が高いために、生化学分野などの容器やチップの材料として期待されていたが、親水性が低く不活性であるために、水洗で容易に除去できない親油性の汚れが付着したり分子の導入が困難であった。しかし上記の通り、本発明によれば不活性なポリオレフィンの表面にアミノ基を安定かつ容易に導入できるため、ポリオレフィンの用途をより一層広げることが可能である。

表面アミノ基を介してアニオン性生体高分子を結合させた機能性ポリオレフィンは、本来不活性であるというポリオレフィンの特性や、結合させたアニオン性生体高分子などに応じた用途に適用することができる。例えば、結合させたアニオン性生体高分子に親和性を示す化合物を検出可能なバイオチップ、溶液や分散液などから結合させたアニオン性生体高分子に親和性を示す化合物を分離可能なバイオフィルタ、分離膜、空気清浄材などとして用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１： 機能性ポリマーの合成
（１）機能性モノマーＰＥＧ１１／ＮＭＡの合成
ＴＨＦ（２ｍＬ）にＢｏｃ−Ｎ−アミド−ｄＰＥＧ１１−アミン（１５０ｍｇ，０．２３ｍｍｏｌ）、およびトリエチルアミン（３２４μＬ，２．３ｍｍｏｌ）を溶解し、溶液をよく攪拌した。当該溶液に、メタクリロイルクロライド（３２μＬ，０．３５ｍｍｏｌ）を徐々に滴下した。反応液を遮光・攪拌しながら、室温にて２４時間反応させた。生じた白色沈殿物を、メンブレンフィルター（「Ｍｉｌｌｅｘ^(R)−ＨＮ ｆｉｌｔｅｒ」，孔径：０．４５μｍ）を使って濾取し、更にＴＨＦと酢酸エチルで洗浄した。洗浄後の生成物を６０℃で減圧濃縮した後、１晩凍結乾燥した。
¹Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ（ｐｐｍ）＝６．４１（ｓ，Ｈ，−ＮＨ−），５．０５（ｓ，Ｈ，−ＮＨ−ｔ−Ｂｏｃ），５．７１（ｓ，Ｈ，−ＣＨ＝ＣＨ），５．３２（ｓ，Ｈ，−ＣＨ＝ＣＨ），３．３１−３．６９（ｍ，２８Ｈ，−ＣＯ−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＯ−），１．９７（ｓ，３Ｈ，ＣＨ₃−Ｃ＝ＣＨ₂），１．４４（ｓ，９Ｈ，−Ｃ−ＣＨ₃）
ＤＡＲＴ−ＴＯＦ／ＭＳ
［Ｍ］⁺ ｃａｌｃｄ ｆｏｒ Ｃ₃₃Ｈ₆₄Ｎ₂Ｏ₁₄，ｍ／ｚ＝７１２．９； ｆｏｕｎｄ，７１３．５（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）

（２）機能性ポリマーＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆの合成
メタクリル酸メチル（１６５μＬ）、２−（パーフルオロオクチル）エチル アクリレート（２９μＬ）、上記（１）で合成した機能性モノマーＰＥＧ１１／ＮＭＡ（１３０ｍｇ）（モル比ｘ：ｙ：ｚ＝８５：５：１０）を、酢酸エチル（１．９ｍＬ）に溶解し、窒素バブリングを３０分間行った。次いで、ＡＩＢＮ（１．６ｍｇ，全モノマーに対して０．５質量％）を加え、封かんにて７０℃で２０時間反応させた。
反応後の溶液を大過剰のｎ−ヘキサンに加え、生成物を沈殿させた。更に、沈殿をｎ−ヘキサンで３度洗浄した後、真空オーブンに入れ、６０℃で一晩乾燥した。
¹Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）δ（ｐｐｍ）＝６．１１（ｓ，Ｈ，−ＮＨ−），５．０６（ｓ，Ｈ，−ＮＨ−ｔ−Ｂｏｃ），４．３１（ｍ，３Ｈ，−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＦ₂−），３．６９−３．３２（ｍ，４０Ｈ，−ＣＯ−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＯ−），１．９０−１．８１（ｍ，２４Ｈ，−Ｃ−ＣＨ₂−），１．２８−０．７５（ｍ，５５Ｈ，Ｃ−ＣＨ₃）
ＧＰＣ Ｍ_n＝１．９×１０⁴，Ｍ_w／Ｍ_n＝１．５

実施例２，３
実施例１と同様にして、ＰＥＧの重合度がそれぞれ３および６であるＰＥＧ３／Ｎ−ＲｆおよびＰＥＧ６／Ｎ−Ｒｆを合成した。

各ポリマーの数平均分子量（Ｍ_n）、重量平均分子量（Ｍ_w）を下記の条件のゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で分析し、分子量を求めた。機能性ポリマーにおける各構造単位の割合（モル比）、即ち機能性ポリマーの合成に使用した各モノマーのモル比と共に、分子量の測定結果を表１に示す。
装置： 高速ＧＰＣ装置（「ＧＰＣ８０２０」東ソー社製）
カラム： 水系サイズ排除クロマトグラフィー用カラム（「ＧＦ５１０」昭和電工社製，７．５×３００ｍｍ）
移動相： ＴＨＦ
流速： １．０ｍＬ／ｍｉｎ

実施例４： 機能性ポリオレフィン板の作製
（１）機能性ポリオレフィン板の作製
塩素化／酸変性ポリオレフィン（「ハードレン^(R)」東洋紡社製，塩素含有量：２４質量％，無水マレイン酸含有量：１．６質量％，重量平均分子量：６０，０００）、および実施例１〜３で合成した機能性ポリマーＰＥＧ３／Ｎ−Ｒｆ、ＰＥＧ６／Ｎ−Ｒｆ、またはＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆを、トルエンにそれぞれ１．０質量％の濃度で溶解した。得られた各溶液に厚さ２００μｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのアイソタクチックポリプロピレン（ｉｔ．ＰＰ）製板を浸漬した後、２５℃で１５時間乾燥した。
次に、ｉｔ．ＰＰ製板を４Ｍ塩酸に浸漬し、４０℃で一晩振とうした後、超純水で洗浄することにより、末端アミノ基を脱保護した。

（２）切断可能な蛍光物質ＦＩＴＣ−Ｓ−Ｓ−ＣＯＯＨの合成
３−［（２−アミノエチル）ジチオ］プロピオン酸（２５ｍｇ，０．１３ｍｍｏｌ）、およびＦＩＴＣ（５０ｍｇ，０．１４ｍｍｏｌ）を、トリエチルアミンを２．５容量％含むＴＨＦ／超純水（１２ｍＬ）に溶解し、室温で３．５時間反応させた。溶媒を減圧留去した後、残渣を１質量％炭酸ナトリウム水溶液（４ｍＬ）に溶解した。溶液に１Ｍ塩酸を加えることにより生じた沈殿物を濾取し、１ｍＭ塩酸で洗浄した。
¹Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＭｅＯＤ）δ（ｐｐｍ）＝８．００−６．５９（ｍ，９Ｈ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ），３．９９−３．９６（ｍ，２Ｈ，−ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨ−），３．３９−２．８７（ｍ，８Ｈ，−ＣＨ₂−）

（３）表面提示アミノ基の定量
５容量％ＤＭＳＯと５ｍＭ ＤＭＴ−ＭＭを含む０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ８．０）（２ｍＬ）に、上記実施例４（２）で得たＦＩＴＣ−Ｓ−Ｓ−ＣＯＯＨを０．６ｍＭの濃度となるように溶解した。得られた溶液に、上記実施例４（１）で得た各機能性ポリオレフィン板を浸漬し、振とうしながら２時間反応させた。また、比較のために、機能性ポリマーで被覆していないポリオレフィン板も同様に処理した。次いで、０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ８．０）で洗浄した。なお、以下の操作は遮光下で行った。各機能性ポリオレフィン板を、５ｍＭ水酸化ナトリウム水溶液（１０ｍＬ）、５ｍＭ塩酸（１０ｍＬ）、および５ｍＭ水酸化ナトリウム水溶液（１０ｍＬ）に順次浸漬し、それぞれ４０℃で１時間ずつ振とうした。最後に、０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ８．０）で洗浄した。
次いで、還元剤であるＴＣＥＰを２ｍＭの濃度で０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ８．０）に溶解した。当該溶液（２ｍＬ）に各機能性ポリオレフィン板を浸漬し、４０℃で１時間ずつ振とうすることにより、ジスルフィド結合を切断した。ＴＣＥＰ溶液の蛍光強度（ｅｘ．４９５ｎｍ，ｅｍ．５１５ｎｍ，感度：ｌｏｗ）を室温で測定した。結果を図１に示す。
図１に示される結果の通り、未処理のポリオレフィン板の表面にはアミノ基は存在せず、本発明に係る機能性ポリマーにより処理したポリオレフィン板の表面にはアミノ基が存在していた。また、エチレングリコール単位の繰り返しが６以上である場合には、検出されるアミノ基数が顕著に増加した。

実施例５： 機能性ポリマー溶液濃度の検討
上記実施例４（１）において、ＰＥＧ６／Ｎ−Ｒｆを用い、且つその溶液濃度を０．２５質量％または４．０質量％に調整した以外は上記実施例４（１）と同様にして機能性ポリオレフィン板を作製し、上記実施例４（３）と同様にして表面提示アミノ基を定量した。結果を図２に示す。
図２に示す結果の通り、ポリオレフィン板を表面処理するための機能性ポリマー溶液の濃度が高いほど、表面提示アミノ基の量が増えることが実験的に示された。なお、機能性ポリマー溶液の濃度としては、１質量％以上が好ましく、２質量％以上がより好ましいことが分かった。

実施例６： 機能性ポリマー溶液濃度の検討
上記実施例４（１）において、塩素化／酸変性ポリオレフィンの溶液濃度を０．２５質量％または４．０質量％に調整した以外は上記実施例４（１）と同様にして機能性ポリオレフィン板を作製し、上記実施例４（３）と同様にして表面提示アミノ基を定量した。結果を図３に示す。
図３に示す結果の通り、機能性ポリマーと共にポリオレフィンの表面処理に用いた塩素化／酸変性ポリオレフィン溶液の濃度としては、表面提示アミノ基の量の観点からは２．０質量％以下が好ましい。一方、機能性ポリマーのポリオレフィンに対する接着性の観点からは、塩素化／酸変性ポリオレフィン溶液の濃度は高いほど好ましいと考えられる。

実施例７： チオール化ＤＮＡの固定
（１）機能性ポリオレフィン板の作製
塩素化／酸変性ポリオレフィン（「ハードレン^(R)」東洋紡社製，塩素含有量：２４質量％，無水マレイン酸含有量：１．６質量％，重量平均分子量：６０，０００）、および実施例１で合成した機能性ポリマーＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆを、トルエンにそれぞれ１．０質量％の濃度で溶解した。得られた各溶液に厚さ２００μｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのアイソタクチックポリプロピレン（ｉｔ．ＰＰ）製板を浸漬した後、２５℃で１５時間真空乾燥した。
次に、ポリオレフィン板を４Ｍ塩酸に浸漬し、４０℃で一晩振とうした後、超純水で洗浄することにより、末端アミノ基を脱保護した。

（２）比較例機能性ポリオレフィン板の作製
比較のために、特開２０１７−１５４１３１号公報の実施例１を参照して、下記構造式を有する機能性ポリマーＰＥＧ８／Ｃ−Ｒｆを合成し、機能性ポリマーＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆの代わりに機能性ポリマーＰＥＧ８／Ｃ−Ｒｆを用いた以外は上記（１）と同様にしてｉｔ．ＰＰ製板を表面処理した後、末端カルボキシ基を脱保護した。なお、下記構造式中、ｘ，ｙ，ｚ＝８１，８，１１である。

（３）チオール化ＤＮＡの固定実験
ＭＰＯ／ＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆを塗布したｉｔ．ＰＰ製板、および比較のために未処理のｉｔ．ＰＰ製板自体を、超純水で洗浄した。Ｎ−（６−マレイミドカプロイルオキシ）スルホスクシンイミド ナトリウム塩（ｓｕｌｆｏ−ＥＭＣＳ）を５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に溶解した５ｍＭ溶液（２００μＬ）を、各基板に滴下し、室温で２時間反応させた。次いで、滅菌水で各基板を洗浄し、窒素ガスを吹きかけた後、真空乾燥した。
ＳＨ−ＤＮＡ（ＨＳ−５’−ＴＴＡ ＧＴＴ ＣＴＣ ＣＡＧ ＣＴＡ ＴＣＴ Ｔ−３’）の水溶液を１Ｍ塩化カリウム含有５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に溶解した５μＭ溶液（１００μＬ）を、各基板に滴下し、室温で３時間反応させた。１Ｍ塩化カリウムを含む５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）で洗浄した。
上記ＳＨ−ＤＮＡと相補的な配列を有するＦＩＴＣ−ＤＮＡ（ＦＩＴＣ−５’−Ａ ＡＧＡ ＴＡＧ ＣＴＧ ＧＡＧ ＡＡＣ ＴＡ Ａ−３’）を８×ＳＳＣ緩衝液に溶解した１μＭ溶液（２００μＬ）を滴下し、８０℃で１０分間加熱した後、加湿チャンバー内において４０℃で１５時間ハイブリダイゼーションを行った。次いで、８×ＳＳＣ緩衝液で各基板を洗浄した。
９０℃に予熱した０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．６）（２ｍＬ）に各基板を浸漬し、１０分間加熱することにより、熱変性させた。放冷後、溶液の蛍光強度（ｅｘ．４９５ｎｍ，ｅｍ．５１５ｎｍ）を測定し、表面に固定化されたＤＮＡの密度を求めた。結果を図４に示す。

（４）比較例機能性ポリオレフィン板へのＤＮＡの固定実験
表面にカルボキシ基を導入した比較例機能性ポリオレフィン板に、１００ｍＭ水溶性カルボジイミドと５０ｍＭ Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミドを含む５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を２００μＬ滴下し、室温にて２時間反応させることにより、表面カルボキシ基を活性エステル化した。滅菌水でポリオレフィン板を洗浄し、窒素ガスを吹きかけた後、真空乾燥した。１ＭのＫＣｌとＮＨ₂−ＤＮＡ（ＮＨ₂−５’−ＴＴＡ ＧＴＴ ＣＴＣ ＣＡＧ ＣＴＡ ＴＣＴ Ｔ−３’）を含む５０ｍＭ リン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を１００μＬ滴下し、室温にて３時間反応させた。１ＭのＫＣｌを含む５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）でポリオレフィン板を洗浄した。
上記ＮＨ₂−ＤＮＡと相補的な配列を有するＦＩＴＣ−ＤＮＡ（ＦＩＴＣ−５’−Ａ ＡＧＡ ＴＡＧ ＣＴＧ ＧＡＧ ＡＡＣ ＴＡ Ａ−３’）を１μＭ含む８×ＳＳＣ緩衝液を２００μＬ滴下し、８０℃で１０分間加熱した後、加湿チャンバー内において４０℃で１５時間ハイブリダイゼーションを行った。次いで、８×ＳＳＣ緩衝液で各基板を洗浄した。
９０℃に予熱した０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．６）（２ｍＬ）に各基板を浸漬し、１０分間加熱することにより、熱変性させた。放冷後、溶液の蛍光強度（ｅｘ．４９５ｎｍ，ｅｍ．５１５ｎｍ）を測定し、表面に固定化されたＤＮＡの密度を求めた。結果を図４に示す。

図４に示された結果の通り、ＭＰＯ／ＰＥＧ１１／Ｎ−Ｒｆが塗布されることにより表面にアミノ基が提示されているｉｔ．ＰＰ製板には、ＤＮＡを有効に固定化することができ、その密度は１３ｐｍｏｌ／ｃｍ²であった。
一方、ＭＰＯ／ＰＥＧ８／Ｃ−Ｒｆが塗布されることにより表面にカルボキシ基が提示されているｉｔ．ＰＰ製板には、表面官能基を有さない未処理のｉｔ．ＰＰ製板と同レベルでしかＤＮＡを検出できなかった。その理由としては、リン酸ジエステル結合により全体としてはマイナス電荷を有するＤＮＡが、マイナスに帯電するフルオロ基や基板表面のカルボキシ基と反発したことが考えられる。

Claims (8)

1. 表面にコーティング層を有し、
   上記コーティング層が、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含むことを特徴とする機能性ポリオレフィン。
2. 上記アミノ基を有する構造単位が、下記式で表されるものである請求項１に記載の機能性ポリオレフィン。
   ［式中、Ｒ¹はＨまたはメチル基を示し、Ｘはリンカー基を示す。］
3. 上記リンカー基が、式−Ｙ−ＣＲ²Ｒ³−ＣＲ⁴Ｒ⁵−（−Ｏ−ＣＲ²Ｒ³−ＣＲ⁴Ｒ⁵−）_n−（式中、ＹはＯまたはＮＨであり、Ｒ²〜Ｒ⁵は、独立してＨまたはＣ_1-6アルキル基を示し、ｎは６以上の整数である。）で表されるものである請求項２に記載の機能性ポリオレフィン。
4. 上記フルオロ化炭化水素基がＣ_2-15パーフルオロアルキル基である請求項１〜３のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
5. 上記変性ポリオレフィン樹脂が、クロロ、ブロモおよびヨードからなる群より選択される１以上のハロゲノ基、並びに／または、カルボン酸基を有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
6. 更にアニオン性生体高分子を含み、当該アニオン性生体高分子が上記アミノ基を介して結合している請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
7. 上記アニオン性生体高分子が、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡである請求項６に記載の機能性ポリオレフィン。
8. 機能性ポリオレフィンを製造するための方法であって、
   ポリオレフィンを、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む（メタ）アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含む溶液に浸漬する工程を含み、
   上記溶液における上記（メタ）アクリレート樹脂の濃度が１質量％以上であり、且つ上記変性ポリオレフィン樹脂の濃度が０．１質量％以上、２質量％以下であることを特徴とする方法。