JP6407513B2

JP6407513B2 - 医療材料の表面修飾用ポリマー

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Publication number: JP6407513B2
Application number: JP2013196689A
Authority: JP
Inventors: まどか高井; 孝治長橋
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP2015063577A

Description

本発明は、疎水性材料、特に生体物質と接触する環境等で用いられる医療用材料の表面を修飾するためのポリマーに関する。

従来、疎水性ポリマーなどの医療用高分子材料等における表面を修飾する手法として、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）を用いて生体適合性を付与することが提案されている。ホスホリルコリン基は、生体膜構成成分であるリン脂質極性基であるため、タンパク質や血球といった生体成分との相互作用が極めて弱く、これらの生体成分の吸着や変性を抑制する性質を有する利点がある。例えば、特許文献１には、疎水性のアルキルメタクリレートとホスホリルコリン類似基含有単量体との共重合体、および、該共重合体を用いた医療用材料に適用可能な耐水性に優れたコーティング皮膜が記載されている。

しかしながら、ポリジメチルシロキサンやポリウレタン、ナイロン等の生体用高分子材料の表面をＭＰＣ系ポリマーで修飾する場合でも、その処理方法が煩雑であったり、または長期にわたり安定した表面親水性を付与することは困難である等の点で未だ十分ではなかった。特に、材料表面へのポリマー修飾剤の吸着に、疎水性相互作用等の物理吸着を用いる場合には、操作が簡便である反面、コーティング膜が剥離し易いという問題があった。一方、材料表面へのポリマー修飾剤の吸着に化学結合形成等による化学吸着を用いる場合には、表面との結合が強固である反面、コーティング膜が均一にならない等の膜質の問題があった。

特開平９−３１３２号公報

そこで、本発明は、疎水性材料、特に生体物質と接触する環境等で用いられる医療用材料の表面を簡便な手法でかつ安定性の高い膜で修飾可能な新規表面修飾剤を開発することを課題とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、分子内に物理吸着のための疎水基と化学吸着のための反応基を併せ持つ表面修飾用ポリマーを用いることによって、疎水性材料の表面に安定なコーティング膜を形成し、優れたタンパク質吸着抑制能等を付与することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、一態様において、
（１）無機又は有機材料の表面修飾用ポリマーであって、ｉ）側鎖にホスホリルコリン基を有するモノマーユニット、ｉｉ）側鎖に前記材料の表面と物理吸着するための疎水性基を有するモノマーユニット、及びｉｉｉ）側鎖に前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するための反応基を有するモノマーユニットを含む共重合体であることを特徴とする、該表面修飾用ポリマー；
（２）前記材料の表面と物理吸着するための疎水性基が、以下の式で示される構造を有する、上記（１）に記載の表面修飾用ポリマー

（式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。）；
（３）前記化学吸着が、シランカップリング反応を介する吸着である、上記（１）に記載の表面修飾用ポリマー。
（４）前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するための反応基が、以下の式で示される構造を有する、上記（１）に記載の表面修飾用ポリマー

（式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。）；
（５）前記共重合体が、以下の式で示される構造を有する共重合体である、上記（１）に記載の表面修飾用ポリマー

（式中、各Ｒ^１は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルを表し；各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルを表し；ｘ、ｙ、及びｚは、互いに独立して２以上の整数を表し：および、各モノマーユニットはランダムな順序で結合している。）；
（６）各Ｒ^１がエチレン基又はプロピレン基であり、各Ｒ^２及びＲ^３がいずれもメチル基である、上記（５）に記載の表面修飾用ポリマー；
（７）ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．３〜０．８であり、ｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．１〜０．５であり、ｚ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．１〜０．３である、上記（５）又は（６）に記載の表面修飾用ポリマー；
（８）前記無機又は有機の材料が、疎水性表面を有する材料である、上記（１）〜（７）のいずれか１に記載の表面修飾用ポリマー；
（９）前記無機又は有機材料が、含ケイ素ポリマー、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ナイロン、又はポリウレタン＝ナイロン共重合体である、上記（１）〜（７）のいずれか１に記載の表面修飾用ポリマー；及び
（１０）前記無機又は有機材料が、ポリジメチルシロキサンよりなる中空糸である、上記（１）〜（７）のいずれか１に記載の表面修飾用ポリマー
に関する。

また、別の態様において、本発明は、
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか１に記載の表面修飾用ポリマーを無機又は有機材料の表面に塗布する工程を含む、表面修飾方法
に関し、さらに
（１２）上記（１１）に記載の方法によって表面修飾されてなる材料、及び
（１３）上記（１）〜（１０）のいずれか１に記載の表面修飾用ポリマーによるコーティング膜を表面に有する材料
にも関する。

本発明によれば、望ましくないタンパク質や血球等の非特異的な吸着を効果的に抑制でき、かつ表面からの剥離が少ない安定し表面修飾を有する医療用材料を提供することができる。これにより、例えば、血流等に接触する環境において用いられる疎水性ポリマー等の材料の表面への汚れの付着等を長期間・効率的に防止することができる。

本発明の表面修飾用ポリマーは、分子内に物理吸着のための疎水基と化学吸着のための反応基を併せ持つことによって、協同的に材料表面への吸着の安定化及び均一化が得られるという効果を奏する。また、当該反応基は、材料表面との化学結合のみならず、表面修飾用ポリマー間で架橋することによって、膜形成の安定化及び均一化に寄与するという効果を奏するものである。

図１は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板の静的接触角の測定結果を示すグラフである。図２は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板を蛍光染色した際の輝度の標準偏差を示すグラフである。図３は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板における膜厚の濃度依存性を示すグラフである。図４は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板をＳＤＳ洗浄又はエタノール洗浄した後の膜厚変化を示すグラフである。図５は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板のタンパク質吸着特性の濃度依存性を示すグラフである。図６は、本発明の表面修飾用ポリマー及び比較例のポリマーで表面修飾した基板をＳＤＳ洗浄又はエタノール洗浄した後のタンパク質吸着特性の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。

１．共重合体
本発明の表面修飾用ポリマーは、ｉ）側鎖にホスホリルコリン基を有するモノマーユニット、ｉｉ）側鎖に前記材料の表面と物理吸着するための疎水性基を有するモノマーユニット、及びｉｉｉ）側鎖に前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するための反応基を有するモノマーユニットを含む共重合体であって、いわゆるランダムポリマーである。しかしながら、これら以外のモノマーユニットを有することを除外するものではない。また、これらのモノマーユニットは、それぞれランダムに結合する態様が代表的であるが、何らかの規則性・周期性を有する態様も本発明の範囲に含まれるものであり、例えば、統計ポリマー、交互ポリマー、周期ポリマー、ブロックコポリマーであることができ、場合にはよっては、グラフトポリマーであることもできる。

当該共重合体中の上記モノマーユニット（ｉ）に含まれるホスホリルコリン基（ＰＣ基）は、生体膜の主成分であるリン脂質（ホスファチジルコリン）の極性基と同様の構造を有する極性基である。従って、ホスホリルコリン基を側鎖に含むことにより、当該共重合体に、親水性（ぬれ性）、具体的には、生体膜の表面が有する極めて良好な生体適合性、特に生体分子の非吸着性、および非活性化特性が付与され、タンパク質や血球等の各種分子に対する非特異的吸着を効果的に抑制することができるため、処理対象材料の表面に優れた防汚性を付与することができる。

一方、当該共重合体中の上記モノマーユニット（ｉｉ）に含まれる疎水性基は、対象である疎水性ポリマー等の材料表面に対して疎水性相互作用によって物理吸着することができる。また、上記モノマーユニット（ｉｉｉ）に含まれる反応基は、前記材料表面のＯＨ基とのシランカップリング反応等の化学反応により共有結合を形成することによって化学吸着することができる。共重合体中に、これらの物理吸着と化学吸着のための基を併せ持つことによって、表面修飾用ポリマーによる表面吸着の安定性を向上させることができる。さらに、上記モノマーユニット（ｉｉｉ）に含まれる反応基は、シランカップリング反応等により表面修飾用ポリマー間で架橋することができ、これらによって表面コーティング膜の安定性及び均一性の向上がもたらされる。

上記共重合体における主鎖（骨格）を形成するモノマーユニットにおける骨格部位は、互いに重合反応してポリマーを形成することができるものであればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ビニル系モノマー残基、アセチレン系モノマー残基、エステル系モノマー残基、アミド系モノマー残基、エーテル系モノマー残基およびウレタン系モノマー残基等が好ましく、これらの中でも、ビニル系モノマー残基がより好ましい。ビニル系モノマー残基としては、限定はされないが、例えば、ビニル部分が付加重合している状態のメタクリルオキシ基、メタクリルアミド基、アクリルオキシ基、アクリルアミド基、スチリルオキシ基およびスチリルアミド基等が好ましく、これらの中でも、メタクリルオキシ基、メタクリルアミド基、アクリルオキシ基およびアクリルアミド基がより好ましく、さらに好ましくはメタクリルアミド基およびアクリルアミド基であり、特に好ましくはメタクリルアミド基である。そして、上記骨格部位は、各モノマーユニットについて同一であることもでき、それぞれ独立に異なることもできるが、いずれもメタクリルアミド基である態様が好ましい。

従って、ホスホリルコリン基を有するモノマーユニット（ｉ）の具体例としては、限定はされないが、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、２−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、Ｎ−（２−メタクリルアミド）エチルホスホリルコリン、４−メタクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、６−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、１０−メタクリロイルオキシデシルシルホスホリルコリン、ω−メタクリロイルジオキシエチレンホスホリルコリンおよび４−スチリルオキシブチルホスホリルコリン等に由来する構造単位が好ましく挙げられる。これらの中でも、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンに由来する構造単位が特に好ましい。

上記モノマーユニット（ｉｉ）は、上述の主鎖（骨格）構造の側鎖に疎水性基を有するものである。当該疎水性基は、表面修飾の対象となる材料の表面に対して疎水性相互作用によって物理吸着することができるものであれば、当該技術分野において公知の置換基を用いることができるが、好ましくは、アルキルシリル基又はアルキルシリルオキシシリル基である。より好ましくは、以下の構造を有する基である。

式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。

上記モノマーユニット（ｉｉｉ）は、上述の主鎖（骨格）構造の側鎖に反応基を有するものであり、当該反応基は、前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するためのものである。当該反応基は、好ましくは、ＯＨ基とのシランカップリング反応によって脱水縮合して−ＳｉＯ−結合を形成し得るものであり、より好ましくは、アルキルオキシシリル基を含む以下の構造を有する基である。

式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。

上記共重合体の具体例としては、これに限定されるものではないが、例えば、下記式（１）で示される構造を有するポリマーが好ましい例として挙げられる。

式（１）中、各Ｒ^１は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンであるが、好ましくは、炭素数２〜４の直鎖のアルキレンであり、さらに好ましくは、エチレン基又はプロピレン基である。各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルであるが、メチルであることが好ましい。各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルであるが、メチルであることが好ましい。

上記式（１）で示される構造を有する共重合体の好ましい態様として、モノマーユニット（ｉ）のＲ^１がエチレン基であり、モノマーユニット（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）のＲ^１がいずれもプロピレン基であり、各Ｒ^２及びＲ^３がいずれもメチル基であり、その場合、当該共重合体は、具体的には以下の式（２）を有する。

ｘ、ｙ、及びｚは、互いに独立して、２以上の整数を表すが、それぞれ２０００以下、好ましくは１０００以下であることができる。ここで、各モノマーユニットの存在比に関して、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値は０．３〜０．８が好ましく、より好ましくは０．６〜０．７である。また、ｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値は０．１〜０．５が好ましく、重合体の適度な疎水性を確保する観点から、より好ましくは０．２〜０．３である。ｚ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値は０．１〜０．３が好ましく、より好ましくは、０．２である。また、上述のように、各モノマーユニットはそれぞれランダムな順序で結合する態様が代表的であるが、何らかの規則性・周期性を有する態様も本発明の範囲に含まれるものであり、例えば、統計ポリマー、交互ポリマー、周期ポリマー、ブロックコポリマーであることができ、場合にはよっては、グラフトポリマーであることもできる。

上記共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は、特に限定はされないが、例えば、５，０００〜１，０００，０００が好ましく、より好ましくは１０，０００〜３００，０００、さらに好ましくは１０，０００〜５０，０００である。

上述のとおり、当該共重合体は、必要に応じ、モノマーユニット（ｉ）〜（ｉｉｉ）以外の他のモノマー由来の構造単位を含むものであってもよく、これに限定はされないが、通常、他のモノマー由来の構造単位の割合は、ポリマーを構成する全構造単位に対して、３０モル％以下であることが好ましく、より好ましくは１０モル％以下である。

なお、上記共重合体の合成については、モノマー化合物の調製およびそれらの重合を含め、当業者の技術水準に基づき、常法により行うことができる。そのような重合開始剤の具体例としては、フェニルメチルクロライド、フェニルメチルブロマイド、フェニルメチルヨーダイド等；１−フェニルエチルクロライド、１−フェニルエチルブロマイド、１−フェニルエチルヨーダイド等；１−フェニルイソプロピルクロライド、１−フェニルイソプロピルブロマイド、１−フェニルイソプロピルヨーダイド等；メチル−２−クロロプロピオネート、エチル−２−クロロプロピオネート、メチル−２−ブロモプロピオネート、エチル−２−ブロモプロピオネート、メチル−２−ヨードプロピオネート等；メチル−２−クロロイソブチレート、エチル−２−クロロイソブチレート、メチル−２−ブロモイソブチレート、エチル−２−ブロモイソブチレート、メチル−２−ヨードイソブチレート、エチル−２−ヨードイソブチレート等；α−クロロアセトフェノン、α−ブロモアセトフェノン、α−クロロアセトン、α−ブロモアセトン等；α−クロロイソプロピルフェニルケトン、α−ブロモイソプロピルフェニルケトン等；ｐ−トルエンスルフォニルクロリド、ｐ−トルエンスルフォニルブロミド等が挙げられる。

２．表面修飾処理
本発明の表面修飾用ポリマーを含む表面処理剤を用いて、無機又は有機材料の表面を修飾することができる。その場合、表面処理剤には、上記表面修飾用ポリマー（共重合体）以外に、一般的に基材の表面修飾剤の成分として用いられる任意の他の成分を含むものであってもよく、限定はされない。

溶媒としては、メタノールやエタノール等の極性溶媒が好ましいが、水とアルコール等との混合溶媒等を用いることもでき、その用途や材料等に応じて適宜変更することができる。

当該表面処理剤は、通常、溶液状のものであることが好ましく、主要成分として含まれる本発明の表面修飾用ポリマーの濃度は、例えば、０．０１〜１．５重量パーセントが好ましく、より好ましくは０．０５〜１．２５重量パーセント、さらに好ましくは０．１〜１．０重量パーセントである。

本発明による表面修飾の対象となる材料としては、無機材料及び有機材料のいずれであっても良く、特に限定はされないが、例えば、含ケイ素ポリマー、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ナイロン、及びポリウレタン＝ナイロン共重合体が挙げられ、更に、金属、合金、金属酸化物、セラミックスなどにも適用できる。かかる材料の形状は、特に限定はされず、例えば、フィルム状、板状、ビーズ状、繊維状及び中空管状の形状のほか、板状の基材に設けられた穴や溝なども挙げられる。また、用途としても、特に限定はされないが、例えば、各種医療用デバイス、人工臓器、バイオチップ、バイオセンサー、および細胞保存器具等が挙げられる。特に、生体物質と接触する環境等で用いるための高分子材料、例えば、ポリジメチルシロキサンよりなる中空糸が好適である。

本発明の表面修飾用ポリマーを含む表面処理剤を用いて表面修飾を行う方法としては、対象基材である無機又は有機材料を当該表面処理剤に浸漬すること等により、表面修飾用ポリマーを基材の表面に塗布することが挙げられる。これ以外にも、当該技術分野において公知の手法により表面修飾を行うことができる。

本発明の表面修飾用ポリマーによって表面修飾された材料は、当該表面修飾用ポリマーのコーティング膜を表面に有するため、表面が親水化され、タンパク質や血球等の非特異的吸着を抑制し、防汚染性に優れたものである。かかる材料は、ポリマー中に物理吸着と化学吸着のための基を併せ持つことによって、その協同的作用によって表面に吸着することにより、安定化した表面コーティングがなされたものであるため、表面修飾による防汚染性が長期にわたり保持され得るものである。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

１．共重合体の合成
モノマーユニットとして、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリス（トリメチルシリルオキシ）シラン（ＭＰＴＳＳｉ）、及び３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳｉ）を用いた。これらは、市販のものを用いた。

ＭＰＣ：ＭＰＴＳＳｉ：ＭＰＴＭＳｉが、モル比で６０：３０：１０となる条件下において、重合開始剤として２，２'−アゾビスイソブチロニトリル(ＡＩＢＮ)を用い、メタノール中に当該技術分野において慣用されているラジカル重合反応により、ＭＰＣ−ＭＰＴＳＳｉ−ＭＰＴＭＳｉ共重合体（ＰＭＭ−ＭＳｉ）を合成した。反応終了後、過剰量のアセトン：エタノール＝２０：１の溶媒を注ぎ、得られたポリマーを精製し未反応のモノマーを除去した。その後、減圧乾燥を行った。収率は５６％であった。得られたポリマーの化学構造をＨ^１−ＮＭＲ（ＣＤ_３ＣＤ_２ＯＤ中）により同定し、分子量をゲル浸透クロマトグラフィー（ＪＡＳＣＯ社）により測定した。その結果、得られた共重合体は、モノマー組成比がＭＰＣ：ＭＰＴＳＳｉ：ＭＰＴＭＳｉ＝５４：２７：１９の共重合体であり、重量平均分子量は、５．２ｘ１０^５であった。得られた共重合体ＰＭＭ−ＭＳｉ（実施例１）の構造を以下に示す。

同様に、比較例として、ＭＰＣ：ＭＰＴＳＳｉがモル比で３０：７０の条件下、及びＭＰＣ：ＭＰＴＭＳｉがモル比で９０：１０の条件下で、２成分の共重合体（それぞれ、ＰＭＭＳｉ及びＰＭＳｉ）を合成した。これらの結果を表１に示す。

２．接触角測定
ＰＭＭ−ＭＳｉポリマーをメタノールに溶解し、１．０ｗｔ％のポリマー溶液を調製した。酵素プラズマ処理を行ったガラス基板に当該ポリマー溶液をディップコーティングした。その後、当該基板を減圧乾燥させた。比較例として、ＰＭＭＳｉ及びＰＭＳｉポリマーについても同様にコーティングを行った。得られたガラス基板について、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ平板法により動的接触角を測定した。得られた結果（表２）から、ＰＭＭ−ＭＳｉ及びＰＭＭＳｉでコーティングした基板では大きなヒステリシスとなり、これらポリマーによる表面親水化には水中浸漬が必要であることが分かった。

上記動的接触角に用いものと同様の基板について、液滴法により静的接触角を測定した。ポリマー修飾した基板を水中に浸漬させ、それぞれ３分、１時間、２４時間、１週間後の接触角を測定した。得られた結果を図１に示す。これにより、ＰＭＭ−ＭＳｉポリマーで修飾したガラス基板では、１時間の水中浸漬によって、親水性のホスホリルコリン基の配向が基板側から溶液側に変化し、ポリマーコーティング膜表面が十分に親水化させることが分かった。

３．ポリマー膜の均一性評価
リン脂質に類似する構造を有するホスホリルコリン基を蛍光染色する色素であるローダンミン６Ｇを用いて、ポリマーコーティング膜の均一性の評価を行った。上記と同様にディップコーティングにより表面修飾したガラス基板及びＰＥＴ基板（ポリマー濃度：０．１ｗｔ％）を大気中又は真空中（減圧下）で乾燥させたもの、及び比較としてスピンコート（３０００ｒｐｍ）により表面修飾したものを調製した。これらを水中に１時間浸漬させた後、ローダンミン６Ｇ溶液（２０ｐｐｍ）に５回浸漬し、純水で約２０秒間洗浄した。その後、当該ガラス基板を蛍光顕微鏡で観察し（露光時間：１／２５秒）、画像解析ソフトウェア（ＶＨａｎａｌｙｚｅｒ）により輝度の標準偏差を求めた。

得られた結果を図２に示す。図２より、ＰＭＭ−ＭＳｉポリマーで修飾した基板では、真空中（減圧下）で乾燥させ場合に、標準偏差が小さく、すなわち均一な膜が形成されることが分かった。一方、ＰＭＳｉで表面修飾した基板は、いずれの乾燥方法でも標準偏差が大きくなり、成膜性が悪くコーティングがなされていない部分が存在する不均一な状態であることが分かった。

４．ポリマー膜厚の評価
表面修飾の際のポリマーコーティング膜厚におけるポリマー溶液濃度の依存性及び洗浄操作に対する安定性を評価した。

まず、上述のとおりに合成したＰＭＭ−ＭＳｉポリマー（ＭＰＣ：ＭＰＴＳＳｉ：ＭＰＴＭＳｉ＝５５．７：１８．８：２５．５）、比較例としてＰＭＭＳｉ（ＭＰＣ：ＭＰＴＳＳｉ＝２５：７５）及びＰＭＳｉ（ＭＰＣ：ＭＰＴＭＳｉ＝７５：２５）のそれぞれ０．１ｗｔ％及び０．０１ｗｔ％のメタノール溶液を調製し、シリコンウェハー基板を修飾した。当該シリコンウェハー基板は、酵素プラズマ処理（１００ｃｃ、３００Ｗ、５分間）を行ったものを用いた。当該基板は、ＰＭＭＳｉ溶液に１０分間、ＰＭＭ−ＭＳｉ及びＰＭＳｉ溶液には２時間浸漬させ、真空乾燥後、水中浸漬を１時間行ったものを用いた。これらの処理後の基板を分光エリプソメトリーにより膜厚測定を行った。結果を図３に示す。

図３より、ＰＭＭ−ＭＳｉ溶液で表面修飾を行った基板は、コーティング溶液の濃度に従って膜厚が大きく変化し、当該溶液濃度によって膜厚を制御可能であることが分かった。

次に、同様に上記３種類のポリマー溶液で表面修飾した基板について、界面活性剤及びエタノールでの洗浄操作を行った後の膜厚を測定し、剥離し易さの比較を行った。コーティング溶液は、いずれもメタノール０．１ｗｔ％の濃度のものを用いた。シリコンウェーハー基板は上記と同様の酵素プラズマ処理を行い、ＰＭＭＳｉ溶液に３０分間、ＰＭＭ−ＭＳｉ及びＰＭＳｉ溶液には２時間浸漬させ、その後、溶液から基板を取り出し真空乾燥を行った。表面修飾した基板について、そのコーティング直後、ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）洗浄後、エタノール洗浄後の各条件において分光エリプソメトリーにより膜厚測定を行った。ＳＤＳ洗浄条件は、表面修飾した基板を１ｗｔ％ＳＤＳ溶液に浸漬して１０分間超音波処理し、純水でリンスを行い、デシケーターで乾燥後に膜厚を測定した。また、エタノール洗浄条件は、表面修飾した基板をエタノールに浸漬して１０分間超音波処理し、デシケーターで乾燥後に膜厚を測定した。このＳＤＳ洗浄及びエタノール洗浄の工程を２サイクル行った。膜厚測定の結果を図４に示す。

図４より、ＰＭＭ−ＭＳｉポリマーの場合には、初期膜厚から一度目の洗浄において膜厚が大きく減少した。しかし、その後の洗浄においては膜厚の大きな変化は認められなかった。これはＰＭＭ−ＭＳｉが物理吸着と化学吸着の両方の特性を有していることに起因して、化学結合により膜が形成されているため、膜が安定に存在することが示唆される。一度目の洗浄においては、化学結合せずに物理吸着のみにより膜を形成しているポリマーが剥離したものと考えられる。その後、膜厚が大きく変化しなかったのは化学吸着により膜が安定に形成しているものと考えられる。また、後述のＰＭＳｉのように徐々に膜厚が減少するという傾向が見られなかったのは、ＰＭＭ−ＭＳｉの物理吸着成分であるＭＰＴＳＳｉ成分の比率が１８．８／１００とＰＭＭＳｉの７５／１００と比べ小さため、一度の洗浄で物理吸着したものがほとんど剥離したためと考えられる。

一方、ＰＭＭＳｉでは、初期膜厚から洗浄の過程を経るごとに膜厚の減少が確認された。これはＰＭＭＳｉが物理吸着により膜が形成されているため、超音波洗浄による負荷を与えることで膜が剥離したものと考えられる。また、ＰＭＳｉでは、初期膜厚から一度目の洗浄において膜厚が減少し、その後の洗浄においては膜厚の大きな変化は認められなかった。これはＰＭＳｉが化学結合により吸着するためだと考えられる。最初の洗浄においては未反応のポリマー鎖が剥離し、膜厚が減少したものと考えられる。また、ＰＭＳｉは同じ基板上でポリマーが存在する場所としない場所が存在した。これはＰＭＳｉに基板表面へ吸着するための大きな駆動力がないため、成膜性が悪いためだと考えられる。

最終的な膜の剥離率はＰＭＭＳｉで約６０％、ＰＭＳｉで約３２％、ＰＭＭ−ＭＳｉで約３１％であった。本発明のＰＭＭ−ＭＳｉが高い膜安定性を有することが示された。

５．タンパク質吸着性の評価
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）中空糸をポリマーで表面修飾を行い、タンパク質の吸着試験を行った。中空糸は、酵素プラズマ処理（１００ｃｃ、８５Ｗ、３０秒間）を行ったものを用いた。表面修飾ポリマーは、上記膜厚測定試験と同じものを用いた。当該ポリマーを含むメタノール０．１ｗｔ％又は０．０１ｗｔ％のコーティング溶液を調製し、中空糸をＰＭＭＳｉ溶液に３０分間、ＰＭＭ−ＭＳｉ及びＰＭＳｉ溶液には２時間浸漬させ、その後、溶液から取り出し真空乾燥を行った。その後、当該中空糸を４．５ｍｇ／ｍｌのＰＢＳ溶液（ＢＳＡ−ＦＩＴＣ：ＢＳＡ＝１：９）に浸漬し、３７℃で１時間インキュベートし、蛍光顕微鏡により蛍光タンパク質の吸着を観測した（露光時間：１／３．５秒）。また、比較対照（ｃｏｎｔｒｏｌ）として、ポリマーコーティングしていない中空糸を用いた。

まず、用いるコーティング溶液濃度の違いによるタンパク質吸着特性を評価するため、０．１ｗｔ％又は０．０１ｗｔ％のコーティング溶液を用いて表面修飾した中空糸を大気中で１日及び１週間保存した後、吸着試験を行った結果を図５に示す（中空糸は、タンパク質の吸着前に水中に１時間浸漬したうえ用いている）。図５より、０．０１ｗｔ％では、時間の経緯によってタンパク質の吸着量の増加が見られたが、０．１ｗｔ％のＰＭＭ−ＭＳｉでは１週間後においてもタンパク質吸着抑制能が持続することが分かった。

次に、ＰＭＭ−ＭＳｉ及びＰＭＭＳｉで表面修飾した中空糸について、そのコーティング直後、ＳＤＳ洗浄後、エタノール洗浄後の各条件においてタンパク質吸着特性の評価を行った。ＳＤＳ洗浄条件は、表面修飾した基板を１ｗｔ％ＳＤＳ溶液に浸漬して１０分間超音波処理し、純水でリンスを行い、デシケーターで乾燥後に、４．５ｍｇ／ｍｌのＰＢＳ溶液に浸漬させ、蛍光顕微鏡により蛍光タンパク質の吸着を観測した。また、エタノール洗浄条件は、表面修飾した基板をエタノールに浸漬して１０分間超音波処理し、デシケーターで乾燥後に、上記と同様にＰＢＳ溶液に浸漬させ観測を行った。得られた結果を図６に示す。

図６より、ＰＭＭ−ＭＳｉポリマーの場合には、ＳＤＳ洗浄及びエタノール洗浄を経てもタンパク質の吸着挙動に大きな変化は認められなかった。これは、ＰＭＭ−ＭＳｉが物理吸着と化学吸着の両方の特性を有していることに起因して、化学結合により膜が形成されているため、膜が安定に存在し、かつタンパク質吸着抑制能が維持されていることが示唆される。一方、ＰＭＭＳｉでは、洗浄工程を経るたびにタンパク質吸着量の増大が観測された。これは、これら洗浄工程による負荷によって膜の一部が剥離したためであると考えられる。従って、タンパク質吸着特性の結果からも、本発明のＰＭＭ−ＭＳｉが高い膜安定性を有することが実証された。

Claims

無機又は有機材料の表面修飾用ポリマー及び溶媒を含むコーティング組成物であって、
前記表面修飾用ポリマーが、ｉ）側鎖にホスホリルコリン基を有するモノマーユニット、ｉｉ）前記材料の表面と物理吸着するための疎水性基としてアルキルシリル基又はアルキルシリルオキシシリル基を側鎖に有するモノマーユニット、及びｉｉｉ）前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するための反応基としてアルキルオキシシリル基を側鎖に有するモノマーユニットよりなり、これらモノマーユニットによって形成される主鎖がメタクリル酸骨格である３元共重合体であることを特徴とする、該コーティング組成物。
前記材料の表面と物理吸着するための疎水性基が、以下の式で示される構造を有する、請求項１に記載のコーティング組成物。

（式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。）
前記化学吸着が、シランカップリング反応を介する吸着である、請求項１に記載のコーティング組成物。
前記表面修飾用ポリマー間を架橋するとともに前記材料の表面と化学吸着するための反応基が、以下の式で示される構造を有する、請求項１に記載のコーティング組成物。

（式中、Ｒ^１は、炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルを表す。）
前記表面修飾用ポリマーが、以下の式で示される構造を有する３元共重合体である、請求項１に記載のコーティング組成物。

（式中、各Ｒ^１は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキレンを表し；各Ｒ^２は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜５の直鎖または分岐鎖のアルキルを表し；各Ｒ^３は、それぞれ独立に、同一でも異なってもよい炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキルを表し；ｘ、ｙ、及びｚは、互いに独立して２以上の整数を表し：および、各モノマーユニットはランダムな順序で結合している。）
各Ｒ^１がエチレン基又はプロピレン基であり、各Ｒ^２及びＲ^３がいずれもメチル基である、請求項５に記載のコーティング組成物。
ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．３〜０．８であり、ｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．１〜０．５であり、ｚ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）が０．１〜０．３である、請求項５又は６に記載のコーティング組成物。
前記無機又は有機の材料が、疎水性表面を有する材料である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコーティング組成物。
前記無機又は有機材料が、含ケイ素ポリマー、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ナイロン、又はポリウレタン＝ナイロン共重合体である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコーティング組成物。
前記無機又は有機材料が、ポリジメチルシロキサンよりなる中空糸である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコーティング組成物。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコーティング組成物を無機又は有機材料の表面に塗布する工程を含む、表面修飾方法。
請求項１１に記載の方法によって表面修飾されてなる材料。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコーティング組成物によるコーティング膜を表面に有する材料。