コーティング組成物、コーティング、およびそのコーティング組成物によりコーティングされた物体
反応性基と親水性ポリマー鎖とがグラフトされた粒子を含むコーティング組成物。上記親水性ポリマー鎖は、０〜１００℃の間の少なくとも１つの温度において水に溶解する。上記反応性基は、基材と反応することができる、およびまたは粒子を含む架橋したコーティングを形成することができる。本発明は、上記コーティング組成物から得られたコーティング、上記コーティングがコーティングされた物体、および上記粒子にも関する。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、親水性ポリマーを含むコーティング組成物およびコーティング、そのコーティング組成物によりコーティングされた装置、ならびにそのコーティング組成物に使用するための粒子に関する。
【０００２】
親水性ポリマーを含むコーティング組成物は、様々な物体に適用されることで、それらの物体に様々な性質が付与される。コーティング組成物は、生物付着の抑制または防止の目的で物体に適用することができる。水と接触する合成材料でできた物体は、一般に、生物学的に由来する有機種による望ましくない蓄積が問題となりやすく、これは生物付着とも呼ばれ、たとえばタンパク質吸着、細菌吸着によって起こり、びまんまたは血栓形成の原因となる。この望ましくない蓄積によって深刻な結果が発生しており、たとえば、医療分野においてはカテーテルを介した細菌感染がこの蓄積によって発生することがあり、産業界においてはフィルターの目詰まり、表面上への有機材料の蓄積なども問題となる。
【０００３】
生物付着の軽減または防止のための一方法として、合成材料でできた物品の表面への親水性ポリマー鎖のグラフトが知られている。
【０００４】
親水性ポリマーを含有するこのようなコーティングは、たとえば治療用化学種などの特殊な添加剤を含むこともできる。特殊な官能基を、親水性ポリマーに付着したり、他の方法でコーティング中に組み込んだりすることで、そのコーティングをたとえば生体反応性にすることもでき、たとえば抗体、細胞受容体、酵素などと結合させることができる。
【０００５】
親水性ポリマー鎖を含むコーティング組成物およびコーティングは、Ｓ．Ｊ．ソフィア（Ｓｏｐｈｉａ）ら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ３１，５０５９（１９９８年）によって知られている。表面の反応性基と反応する１つの反応性基を有する親水性ポリマー鎖を使用することによって、表面に親水性ポリマー鎖をグラフトさせて親水性ポリマー鎖を含むコーティングを得ることによって、このコーティングが得られる。しかし、グラフトされる親水性ポリマーの層の厚さは、数分子の厚さにのみに限定される。したがって、この層は機械的堅牢性が不十分であり、容易に損傷されるため、生物付着防止性が失われる。さらに別の欠点は、その加工が困難であること、すなわち基の化学的グラフトには、反応を実現可能にするための追加の表面処理を必要とすることが多いことである。さらに別の問題は、生物付着防止性が不十分なことである。
【０００６】
別の方法は、Ｅ．Ｐ．Ｋ．カリー（Ｃｕｒｒｉｅ）ら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍ．７１，１２２７（１９９９年）に記載されるように、ラングミュア・ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法を使用して親水性鎖を表面に移行させ、場合によりその後それらをグラフトすることである。しかし、この方法は時間がかかり、バッチ式方法および特殊な基材の場合にのみ適している。さらに別の問題は、生物付着防止性が最適ではなく、この場合もこのようなコーティングの機械的堅牢性が不十分であることである。
【０００７】
さらに別の方法は、反応性ポリマーを含む架橋したコーティングを使用することである。これらは、Ｐ．クルスコ（Ｋｒｓｋｏ）ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９，５６１８（２００３年）に記載されるようにその場で電子ビームによって架橋させた線状ポリマーであってもよいし、イソシアネート基などを介して架橋する星形ポリマーであってもよい。これによって、タンパク質反発性を有し、潤滑性であるが、機械的堅牢性は不足したヒドロゲルコーティングが得られる。
【０００８】
ＤＥ１０２３９７６２においては、表面上にポリ−プロピレングリコールスルホ基を有する組成物ナノ粒子が開示されている。この場合、親水性ポリマー鎖は使用されず、水溶性は、イオン性−ＳＯ３Ｎａ基によって得られ、ポリプロピレングリコール鎖によって得られるのではないので、この組成物は防汚用途には適していない。さらに、この粒子は製造が非常に複雑であり、意図する用途に組成物を最適化させるための粒子の組成を変化できる可能性はまったくないか、またはごくわずかである。
【０００９】
本発明の目的は、様々な種類の機能を有する種々の物体に適用することができる、親水性ポリマーを含むコーティング組成物を提供することである。
【００１０】
驚くべきことに、この目的は、反応性基と親水性ポリマーと化学的にグラフトした粒子を含むコーティング組成物によって実現される。
【００１１】
結果として得られるコーティングのさらなる利点は、硬度および耐擦傷性などの良好な機械的性質に現れる。
【００１２】
さらに別の利点は、コーティングが良好な生物付着防止性を示すことである。
【００１３】
さらに別の利点は、コーティングが良好な防曇性を示すことである。
【００１４】
さらに別の利点は、コーティングが基材に対して良好な接着性を示すことである。
【００１５】
さらに別の利点は、コーティングが良好な潤滑性を有することができることである。
【００１６】
さらに別の利点は、粒子の表面に特殊な基をグラフトすることによって、または前記反応性粒子によって形成された網目構造にそれらの基を組み込むことによって、コーティングを生体反応性にできることである。
【００１７】
本発明のコーティング組成物のさらに別の利点は、特に乾燥状態における光学的透明性である。
【００１８】
粒子
粒子に反応性基と親水性ポリマー鎖とをグラフトするのであれば、本コーティング組成物は様々な種類の粒子を含むことができる。本発明のコーティング組成物は、有機および／または無機の粒子を含むことができる。有機粒子の例は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノ粒子である。非常に強いコーティングが得られるため、好ましくは、本発明のコーティング組成物は無機粒子を含む。好ましくは粒子の平均最大直径は１０μｍ未満であり、好ましくは１μｍ未満である。さらにより好ましくは粒子の平均最大直径は１００ｎｍ未満であり、さらにより好ましくは５０ｎｍ未満である。この理由は、これによって、平滑な表面を有する非常に強いコーティングが得られるからである。これらの非常に小さな直径の粒子を使用して透明なコーティングを得ることもできる。
【００１９】
球状粒子の場合、１つのみの直径が存在すると見なされ、そのためこの直径が最小直径となる。非球状粒子（たとえば棒状や小板状が挙げられるが、これらに限定されるものではない）の場合、最大直径は、粒子を横断して引かれる最長の直線として測定される。粒子の寸法の測定方法としては、光学顕微鏡検査、走査型顕微鏡検査、および原子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）が挙げられる。顕微鏡法が使用される場合、無作為に選んだ１００個の粒子の寸法を測定して、その平均を計算する。好適な無機粒子の例は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ａｍ−ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｂ−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、またはＡｇを含む粒子である。
【００２０】
親水性ポリマー
粒子には、様々な種類の親水性ポリマー鎖をグラフトすることができる。親水性ポリマー鎖は、０〜１００℃の間の１つの温度において水中に溶解するポリマー鎖である。好ましくは、２０〜４０℃の間の温度範囲で水に溶解するポリマーが使用される。好ましくは、親水性ポリマーは、少なくとも０．１ｇ／水１リットル、より好ましくは少なくとも０．５グラム／リットル、最も好ましくは少なくとも１．０グラム／リットル溶解する。水に対する溶解性を求めるために、ポリマー鎖をグラフトするための基、および重合後にポリマーに取り付けられるイオン性基などのあらゆる他の基を含まないポリマー鎖が使用される。好ましくは溶解性は、ｐＨが３〜１０の間、より好ましくは５．５〜９の間、最も好ましくはｐＨ７の水中で求められる。
【００２１】
本ポリマー鎖は、１種類のモノマー種（ホモポリマー）を含む場合もあるし、不規則または規則的なブロックとして配列したより多くの化学種（コポリマー）を含む場合もある。
【００２２】
好ましくは、親水性ポリマー鎖は、エチレンオキシド、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ビニルピロリドン、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ホスホリルコリン、グリシジル（メタ）アクリレート、または糖類のモノマー単位を含む。
【００２３】
コーティングされる物体にコーティングが付与する典型的な利点の１つは、ポリマー鎖の親水性に起因するコーティングの非常に良好な生物付着防止性である。これらの性質は、コーティング表面における親水性ポリマー鎖の濃度及び長さを増加させることで向上する。
【００２４】
好ましくは、親水性ポリマー鎖は、少なくとも平均５モノマー単位を含み、より好ましくはこのポリマーは少なくとも平均７モノマー単位を含み、さらにより好ましくはこのポリマーは少なくとも平均１０モノマー単位を含み、最も好ましくはこのポリマーは少なくとも平均１５モノマー単位を含む。
【００２５】
濃度は、たとえば、粒子にグラフトするポリマーの密度の増加、長さの増加、またはコーティング組成物中の粒子の重量比の増加によって増加させることができる。
【００２６】
良好な防曇性を得るためには、比較的短い長さのポリマー鎖が好ましい。
【００２７】
本コーティング組成物の別の利点は、低い静水接触角である。好ましくはこの静水接触角は５０°未満、より好ましくは４０°未満、さらにより好ましくは３０°未満である。
【００２８】
グラフトに使用される基
親水性ポリマー鎖と反応性基を含む化合物とを粒子にグラフトするための基は、グラフトの技術分野において知られているあらゆる基を含むことができ、たとえば（トリアルコキシ）シラン、チオール、アミン、水素化シランが挙げられるが、これらに限定されるものではない。グラフト反応によって、親水性ポリマー鎖と反応性基を含む化合物とが粒子表面に化学的に結合する。親水性ポリマーおよび反応性基を含む化合物は、グラフトするための基を１分子当たり２つ以上含むことができる。より好ましい実施形態においては、親水性ポリマーおよび化合物反応性基は、グラフトするための基を１分子当たり平均で１つ有する。親水性ポリマーの場合、グラフトするための基は、好ましくは、親水性ポリマー鎖に結合した末端基である。
【００２９】
反応性基
反応性基としては、基材と反応することができる、および／または反応して架橋相を形成することで粒子を含むコーティングを形成することができる基が使用される。単独重合反応などにおいて相互に反応することができる、１種類の化学種の反応性基を使用することができる。このような反応性基の例としては、アクリレート基およびメタクリレート基が挙げられる。共重合反応において反応可能な基などの複数の基の混合物を使用することもできる。このような基の例としては、エポキシと組み合わされたカルボン酸および／またはカルボン酸無水物、ヒドロキシ化合物、特に２−ヒドロキシアルキルアミドと組み合わされた酸、イソシアネートと組み合わされたアミン、たとえばブロックイソシアネート、ウレトジオン、またはカルボジイミド、アミンまたはジシアンジアミドと組み合わされたエポキシ、イソシアネートと組み合わされたヒドラジンアミド、イソシアネートと組み合わされたヒドロキシ化合物、たとえばブロックイソシアネート、ウレトジオン、またはカルボジイミド、無水物と組み合わされたヒドロキシ化合物、（エーテル化された）メチロールアミドと組み合わされたヒドロキシ化合物（「アミノ−樹脂」）、イソシアネートと組み合わされたチオール、アクリレートまたは他のビニル種と組み合わされたチオール（場合によりラジカル開始される）、アクリレートと組み合わされたアセトアセテート、ならびにカチオン性架橋が使用される場合エポキシ化合物とエポキシまたはヒドロキシ化合物が挙げられる。２＋２光付加環化および４＋２熱付加などの付加反応も可能である。
【００３０】
反応性基は親水性ポリマー鎖に結合させることもできるが、好ましくは少なくとも２０重量％の親水性ポリマー鎖は、このような反応性基を含まない。より好ましくは少なくとも５０重量％、さらにより好ましくは少なくとも８０重量％の親水性ポリマー鎖がこのような反応性基を含まない。最も好ましくは親水性ポリマー鎖が、このような反応性基を全く含まない。
【００３１】
反応性希釈剤
本発明のコーティング組成物は、相互に反応可能である、およびまたは粒子にグラフトされる反応性基と反応可能である少なくとも１つの基を有する化合物として定義される、１種類以上の反応性希釈剤を含むことができる。
【００３２】
基本的には、多種多様な化合物が、反応性希釈剤としての使用に好適となり、たとえば前述の定義の反応性基と同じ基を有するモノマーまたはオリゴマーが挙げられる。好ましい実施形態においては、これらの反応性希釈剤は、グラフトされる親水性ポリマーと同じ温度範囲で水溶性である。
【００３３】
反応性希釈剤として使用可能となりうる化合物は、イソシアネート、アルコキシチタネート、アルコキシジルコネート、あるいは尿素−、尿素／メラミン−、メラミン−ホルムアルデヒド、またはフェノール−ホルムアルデヒド（レゾール、ノボラック型）、あるいは放射線硬化性（過酸化物または光で開始する）不飽和一官能性および多官能性モノマーおよびポリマー、たとえばアクリレート、メタクリレート、マレエート／ビニルエーテル）、あるいは放射線硬化性（過酸化物または光で開始する）不飽和のもの、たとえばスチレン中および／またはメタクリレート中のマレイン酸系またはフマル酸ポリエステルである。
【００３４】
架橋方法
反応性基を反応させて、架橋相を形成し、それによってコーティングを形成することができるあらゆる架橋方法が、本発明による方法における使用に適している。架橋を開始させる好適な方法は、たとえば電子ビーム放射線、電磁放射線（ＵＶ、可視光および近ＩＲ）、熱、および湿気硬化性化合物が使用される場合の湿気の添加である。好ましい実施形態においては、架橋はＵＶ放射線によって行われる。ＵＶ架橋は、フリーラジカル機構、またはカチオン機構、またはそれらの組み合わせによって起こりうる。別の好ましい実施形態においては、架橋は熱的に行われる。異なる方法を組み合わせることもできる。
【００３５】
開始剤
架橋反応を開始させるために、混合物中に架橋剤を存在させることができる。開始剤の量は広範囲で変動させることができる。好適な開始剤量は、たとえば、架橋反応に関与する化合物の全重量に対して０重量％を超え５重量％までの間である。
【００３６】
ＵＶ架橋が使用される場合、その混合物は好ましくは１種類以上のＵＶ光開始剤を含む。あらゆる公知のＵＶ光開始剤を本発明の方法に使用することができる。
【００３７】
コーティングの厚さ
本発明によるコーティングは、あらゆる所望の厚さで調製することができる。本発明によるコーティングは、典型的には５０ｎｍ〜数十マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する。
【００３８】
基材
本発明による方法における基材として多種多様の基材を使用することができる。好適な基材は、たとえば平坦または湾曲、剛性または可撓性の基材であり、たとえばポリカーボネート、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリノルボルネンのフィルム、あるいは、ガラスなどの非晶質固体、あるいはケイ素またはガリウムヒ素などの結晶質材料が挙げられる。鋼などの金属基材を使用することもできる。
【００３９】
本発明による方法によって得ることが可能な自立コーティングは、基材上にフィルムまたはコーティングを調製し、続いて架橋後にそのフィルムまたはコーティングを基材から取り外すことによって得ることができる。
【００４０】
混合物の基材への適用
本発明の混合物は、１ステップまたは複数のステップでの湿式コーティング付着技術分野において公知であるあらゆる方法によって基材上に適用することができる。好適な方法の例は、スピンコーティング、ディップコーティング、吹き付け塗装、流し塗り、メニスカスコーティング、キャピラリーコーティング、およびロールコーティングである。本コーティング組成物で、物体の全体をコーティングすることもできるし、部分的にコーティングすることもできる。限定するものではないが、たとえばフォトリソグラフィによって、コーティングを部分的に架橋させ、未架橋部分を除去することも可能である。
【００４１】
第１の実施形態においては、本発明による混合物は、基材上の唯一のコーティングとして適用される。第２の実施形態においては、本コーティングは、１つ以上のコーティングの上に適用される。当業者であれば、接着性、硬度、光学的透明性などの性質を最適化するようなコーティングの選択方法を理解しているであろう。
【００４２】
コーティングを適用し硬化させた後、これらに限定するものではないが、熱処理または放射線などのさらなる処理ステップを行うことができる。
【００４３】
溶媒
たとえば、選択した適用方法を使用して機材に適用するのに適した本発明による組成物を調製するために、本発明による組成物は溶媒を使用することができる。
【００４４】
基本的には、多種多様の溶媒を使用することができる。良好な品質のコーティングを、すなわち溶媒蒸発後に得るために、好ましくは溶媒は、反応性基と親水性ポリマー鎖とがグラフトされた粒子の安定な懸濁液を形成することができる。粒子は、典型的には懸濁液の形態の混合物に加えられる。この懸濁液に使用されるものと同じ溶媒を使用して、混合物が所望の性質を有するように調整することができる。しかし、他の溶媒を使用することもできる。
【００４５】
好ましくは、基材上に混合物を適用した後で、使用された溶媒は蒸発する。本発明の方法によると、場合により、基材に適用した後で混合物は、溶媒の蒸発を促進するために加熱したり減圧処理したりすることができる。
【００４６】
好適となりうる溶媒の例は、１，４−ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、クロロフェノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、ジエチルアセテート、ジエチルケトン、炭酸ジメチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタノール、酢酸エチル、ｍ−クレゾール、モノ−およびジ−アルキル置換グリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ｐ−クロロフェノール、１，２−プロパンジオール、１−ペンタノール、１−プロパノール、２−ヘキサノン、２−メトキシエタノール、２−メチル−２−プロパノール、２−オクタノン、２−プロパノール、３−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、ヘキサフルオロイソプロパノール、メタノール、酢酸メチル、アセト酢酸メチル、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、ｎ−メチルピロリドン−２、酢酸ｎ−ペンチル、フェノール、テトラフルオロ−ｎ−プロパノール、テトラフルオロイソプロパノール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、および水である。アルコール、ケトン、およびエステルを主成分とする溶媒を使用することもできるが、高分子量アルコールの場合にはアクリレートの溶解性が問題となることがある。ハロゲン化溶媒（ジクロロメタンおよびクロロホルムなど）および炭化水素（ヘキサンおよびシクロヘキサンなど）も好適となりうる。好ましくはメタノール、メチルエチルケトン、またはイソプロパノールが使用される。
【００４７】
より好ましい実施形態においては、有機溶媒と水との混合物が使用される。最も好ましい実施形態においては、水が溶媒として使用される。
【００４８】
接着促進剤
好ましくは、本発明による組成物は、コーティングの基材に対する接着性を増加させる化合物を含む。これらは、たとえばアクリレート含有コーティングをガラス上に使用する場合のシランアクリレート化合物であってよい。当業者であれば、所望の基材に適した接着促進剤を選択できるであろう。
【００４９】
追加の添加剤
さらなる実施形態においては、本発明による組成物は、使用中にコーティングから拡散する１種類以上の化学種を含むことができる。このような化学種は、潤滑性、接着目的に使用したり、治療用化学種を含んだりすることができる。このような化学種の例は、たとえばヘパリン、ビタミン類、抗炎症薬、第４級アンモニウムイオンなどの抗菌機能、ペプチド配列、ハロゲン不安定性化学種など、生体分子受容部位等であるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
本組成物が基材に適用された後の後加工ステップとしては、可逆的収着を介した薬物などの移行性化学種の添加、またはコーティング中に残留する反応性基への生体活性種の化学的グラフトを挙げることができる。
【００５１】
本発明は、本発明によるコーティング組成物から得ることが可能なフィルムまたはコーティングにも関する。本発明は、本発明によるコーティング組成物が部分的または全体的にコーティングされた物体にも関する。
【００５２】
本発明は、本発明による組成物中に使用される、反応性基と親水性ポリマーとがグラフトされた粒子にも関する。
【００５３】
用途
本コーティングの用途としては、生物付着防止または抗血栓性を有するコーティング、抗炎症性を有するコーティング、抗菌性コーティング、バイオフィルム形成を防止するためのコーティング、バイオレセプター用コーティング、防曇性を有するコーティングが挙げられる。物体の水溶液による濡れ性を向上させるために、本コーティングを物体に適用することもできる。
【００５４】
本発明は、親水性鎖を粒子に化学的にグラフトするステップを含む、本発明によるコーティング組成物の製造方法にも関する。
【００５５】
この方法を使用することで、様々な種類の用途に適した種々のコーティング組成物を得ることができる。
【００５６】
実施例
実施例によって本発明をさらに説明するが、実施例によって限定されるものではない。
【００５７】
実施例で使用した材料
実施例に使用した材料およびそれらの供給元の一覧を表１に示しており、ナノシリケート粒子懸濁液（ＭＴ−ＳＴ）の性質を以下の表２に示している。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
ｍＰＥＧトリメトキシシランポリマー鎖の調製
モノメチルエーテルポリエチレングリコール（ｍＰＥＧ）（Ｍｗ＝１１００および２０００ｇ ｍｏｌ−１）をトルエン中に溶解させ、その混合物を乾燥させた。
【００６１】
室温において窒素下で、ｍＰＥＧに関して１モル当量のトリエトキシ（３−イソシネートプロピル）シランを反応混合物に滴下した。触媒として、数滴のジブチルスズジラウレートを加えた後、反応混合物を５０℃で２４時間撹拌し続けた。この反応を赤外分光法で追跡した；イソシアネート信号は約２２７１ｃｍ−１で見られる。完了後、約３分の２のトルエンを回転蒸発により除去し、ｍＰＥＧトリメトキシシランをヘキサン中に沈殿させ、数回洗浄を行った。この結果得られた固形分を乾燥させ、１Ｈ ＮＭＲにより特性決定を行った。反応収率＞９０％が得られた。
【００６２】
親水性ポリマー鎖と反応性基とでグラフトされた粒子の調製
アクリレート基の重合を阻害するヒドロキノンモノエチルエーテルとともに使用して、メタノール中に懸濁した酸化ケイ素ナノ粒子（ＭＴ−ＳＴ）に、アクリルプロピルトリメトキシシラン（Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳ）と、上記のように得たｍＰＥＧトリメトキシシランポリマーとをグラフトした。
【００６３】
酸化ケイ素ナノ粒子を調製するために、前述のシラン化合物ヒドロキノンモノエチルエーテルを、過剰の水（Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳ濃度に対して）とともに撹拌し、２時間加熱還流した。表３は、使用した各化合物の正確な量を示している。
【００６４】
【表３】
【００６５】
実施例１〜９ コーティングされた基材の調製
上記表３による改質酸化ケイ素ナノ粒子Ａ〜Ｄを、反応性希釈剤、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ｍｗ＝２４８ｇ ｍｏｌ−１）、Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳを含む接着促進剤、および光開始剤イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）１８４と混合することによって、種々の配合物を調製した。配合物に使用した正確な重量は表４および５に示している。
【００６６】
種々の配合物薄膜を顕微鏡用スライドガラス上（濡れ性、ナノインデンテーションの測定用）、および２．５ｎｍシリカ酸化物相を有するシリコンウエハ上（耐久性の測定、厚さの測定、およびタンパク質吸着実験用）に調製した。
【００６７】
一滴の配合物（表４および５参照）を清浄な基材上に適用し、２０００ｒ．ｐ．ｍ．の速度で２０秒間回転させた。得られた湿式スピンコーティング試料を、約２．０Ｊ／ｃｍ２の線量において、不活性雰囲気中、Ｄ電球を使用してＵＶ線で硬化させた。コーティングされた基材を、次に、ＩＲランプに曝露することで温度１２０℃までポストベーク（すなわち加熱）し、続いて７０℃のオーブンに１２時間入れた。
【００６８】
静水接触角の測定
シリンジ、試料ステージ、およびビデオカメラを含む装置を使用して実施例１〜６によるコーティングの静的接触角測定を行った。ビジョン・ゲージ・ソフトウェア（Ｖｉｓｉｏｎ Ｇａｕｇｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）（標準版（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ）、バージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）６．３９）を使用して画像を解析した。
【００６９】
測定前に、カメラの較正と、シリンジ中の水の表面張力の測定を行った。後者は、シリンジから１滴の水を供給し、その液滴がシリンジに接触したままの状態でその画像を記録することによって行った。上記ソフトウェアで、この液滴の寸法を測定し、その値を表面張力の計算に使用した。
【００７０】
試料の静的接触角は、コーティングされた基材の表面上に蒸留水の５０μｌの液滴１つを供給することによって測定される。この液滴の画像を１３５秒間隔で１０枚撮影する。それらの画像から、ソフトウェアによってベースライン（表面）と液滴の端部とを測定し、これらの線が交差する位置で接触角を計算した。その後、１０枚の画像の平均値を計算した。表面の異なる領域に付着させた少なくとも２つの液滴について接触角を測定した。
【００７１】
実施例配合物１〜６によるガラス基材上のコーティング配合物の静水接触角の結果を表４に報告する。
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
耐久性測定
シリコンウエハ上に調製したコーティング配合物を、室温の水中に入れ、長時間にわたって目視観察した。１４日後に評価付けを行い、それらの外観を表６に示している。長時間水中に浸漬した後でも、コーティングがその完全性を維持したことが分かる。
【００７５】
【表６】
【００７６】
ナノインデンテーション測定
コーティングの硬度を測定するために、乾燥状態の数種類の試料に対してナノインデンテーションを行った。このようなインデンテーション用の基準材料は、ポリカーボネート、および反応性ナノ粒子を含む典型的なＵＶ硬化性ハードコートであった。
【００７７】
このインデンテーションは、典型的なＳｉＮバーコビッチ（Ｂｅｒｋｏｖｉｔｃｈ）インデンターを使用してマイクロマテリアルズ（Ｍｉｃｒｏｍａｔｅｒｉａｌｓ）６００で行った。インデンテーションは５００ｎｍで行い、１０回の測定を行いそれらを平均した。コーティングの硬度と換算弾性係数とを、標準的なオリバー・アンド・ファー（Ｏｌｉｖｅｒ ＆ Ｐｈａｒｒ）法により測定する。表７にこれらの値を示している。
【００７８】
親水性反応性粒子を含むコーティングの換算弾性係数および硬度は、ＵＶ硬化性ハードコートの典型的な値と同じ傾向にあり、熱可塑性ポリマーの場合よりも改善されていることが分かる。
【００７９】
【表７】
【００８０】
タンパク質吸着測定
シリコンウエハ上に調製したコーティングに対するタンパク質吸着測定を、よどみ点流動反射光測定（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｆｌｏｗ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）によって行った。ディジト（Ｄｉｊｔ）ら、Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｓｕｒｆ．５１，１４１（１９９０年）に記載される装置設定は、Ｈｅ−Ｎｅレーザーからの偏光からなり、この偏光が、流入流体の流体力学的に十分画定された点（よどみ点）におけるブルースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角でコーティングによって反射される。検出器は、反射ビームをその平行（ｐ）成分と垂直（⊥）成分とに分割し、それぞれの強度の比Ｓ＝Ｉｐ／Ｉ⊥が連続的に測定される。コーティング界面上への材料の吸着によって、変化ΔＳが生じ、適切な条件（たとえばコーティングの厚さ、吸着した質量）下では、吸着量Γは、
【数１】
に従う良好な線形関係を示し、上式中Ｓ０は吸着前の初期の比である。定数Ｑｆは、性質係数と呼ばれ、ｍｇ ｍ−２の単位を有し、光学系に依存する。これは、系を記述するために層状マトリックスからなる光学モデルが使用される場合でコンピュータープログラムを使用して評価した。このプログラムには、コーティングの屈折率ｎ、および厚さの値が必要となる。これらは、コンピューター・ヌル・エリプソメテリー（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｌｌ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒｙ）（センテック・インストルメンツ（Ｓｅｎｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＧｍｂＨ））によってλ＝６３２．８ｎｍおよび角度＝７０°で測定し、それらの値を表８に報告している。
【００８１】
１０ｍＭ硝酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ６．２、２５０ｍｌ）中のリゾチーム（アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）、ロット番号５１Ｋ７０２８）（０．１５６ｍｇ ｍｌ−１）のタンパク質溶液を調製した。リゾチームは、静電吸着の研究のモデルとしてよく使用される小型のタンパク質（Ｍｗ＝１５ｋＤａ、ｐｌ＝１０．９）である。タンパク質吸着実験前にコーティングを上記緩衝溶液中に少なくとも２分間浸漬して、コーティングを平衡化させる。すべての測定は、１．０ｍｌ ｍｉｎ−１の流速を使用して行い、チャンバー内に緩衝溶液を約２分間流した後でタンパク質試料を流した。タンパク質試料の導入後にプラトーに達してから、緩衝溶液を流した。これによって、吸着しなかったタンパク質をコーティングから洗い流すことができる。実施例７〜９について、３つの別々の試料から計算した、緩衝溶液を流した後のリゾチームタンパク質の吸着量の平均プラトー値Γｐｌａを表８に報告する。比較のため、コーティングを含まないシリコンウエハについても試験を行った。
【００８２】
【表８】
【００８３】
実施例７〜９によるコーティングは、７５ｎｍ酸化物層を有するシリコンウエハよりも、吸着リゾチームタンパク質量が少なかったことが分かる。タンパク質溶液の後でセルに緩衝溶液を流すと、かなりの量のタンパク質が脱着することも興味深い。さらに、理論予測および実験観察と一致するように、酸化ケイ素ナノ粒子上のＰＥＧシランのグラフト密度が増加すると、タンパク質吸着量が減少することが分かる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、親水性ポリマーを含むコーティング組成物およびコーティング、そのコーティング組成物によりコーティングされた装置、ならびにそのコーティング組成物に使用するための粒子に関する。
【０００２】
親水性ポリマーを含むコーティング組成物は、様々な物体に適用されることで、それらの物体に様々な性質が付与される。コーティング組成物は、生物付着の抑制または防止の目的で物体に適用することができる。水と接触する合成材料でできた物体は、一般に、生物学的に由来する有機種による望ましくない蓄積が問題となりやすく、これは生物付着とも呼ばれ、たとえばタンパク質吸着、細菌吸着によって起こり、びまんまたは血栓形成の原因となる。この望ましくない蓄積によって深刻な結果が発生しており、たとえば、医療分野においてはカテーテルを介した細菌感染がこの蓄積によって発生することがあり、産業界においてはフィルターの目詰まり、表面上への有機材料の蓄積なども問題となる。
【０００３】
生物付着の軽減または防止のための一方法として、合成材料でできた物品の表面への親水性ポリマー鎖のグラフトが知られている。
【０００４】
親水性ポリマーを含有するこのようなコーティングは、たとえば治療用化学種などの特殊な添加剤を含むこともできる。特殊な官能基を、親水性ポリマーに付着したり、他の方法でコーティング中に組み込んだりすることで、そのコーティングをたとえば生体反応性にすることもでき、たとえば抗体、細胞受容体、酵素などと結合させることができる。
【０００５】
親水性ポリマー鎖を含むコーティング組成物およびコーティングは、Ｓ．Ｊ．ソフィア（Ｓｏｐｈｉａ）ら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ３１，５０５９（１９９８年）によって知られている。表面の反応性基と反応する１つの反応性基を有する親水性ポリマー鎖を使用することによって、表面に親水性ポリマー鎖をグラフトさせて親水性ポリマー鎖を含むコーティングを得ることによって、このコーティングが得られる。しかし、グラフトされる親水性ポリマーの層の厚さは、数分子の厚さにのみに限定される。したがって、この層は機械的堅牢性が不十分であり、容易に損傷されるため、生物付着防止性が失われる。さらに別の欠点は、その加工が困難であること、すなわち基の化学的グラフトには、反応を実現可能にするための追加の表面処理を必要とすることが多いことである。さらに別の問題は、生物付着防止性が不十分なことである。
【０００６】
別の方法は、Ｅ．Ｐ．Ｋ．カリー（Ｃｕｒｒｉｅ）ら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍ．７１，１２２７（１９９９年）に記載されるように、ラングミュア・ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法を使用して親水性鎖を表面に移行させ、場合によりその後それらをグラフトすることである。しかし、この方法は時間がかかり、バッチ式方法および特殊な基材の場合にのみ適している。さらに別の問題は、生物付着防止性が最適ではなく、この場合もこのようなコーティングの機械的堅牢性が不十分であることである。
【０００７】
さらに別の方法は、反応性ポリマーを含む架橋したコーティングを使用することである。これらは、Ｐ．クルスコ（Ｋｒｓｋｏ）ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９，５６１８（２００３年）に記載されるようにその場で電子ビームによって架橋させた線状ポリマーであってもよいし、イソシアネート基などを介して架橋する星形ポリマーであってもよい。これによって、タンパク質反発性を有し、潤滑性であるが、機械的堅牢性は不足したヒドロゲルコーティングが得られる。
【０００８】
ＤＥ１０２３９７６２においては、表面上にポリ−プロピレングリコールスルホ基を有する組成物ナノ粒子が開示されている。この場合、親水性ポリマー鎖は使用されず、水溶性は、イオン性−ＳＯ３Ｎａ基によって得られ、ポリプロピレングリコール鎖によって得られるのではないので、この組成物は防汚用途には適していない。さらに、この粒子は製造が非常に複雑であり、意図する用途に組成物を最適化させるための粒子の組成を変化できる可能性はまったくないか、またはごくわずかである。
【０００９】
本発明の目的は、様々な種類の機能を有する種々の物体に適用することができる、親水性ポリマーを含むコーティング組成物を提供することである。
【００１０】
驚くべきことに、この目的は、反応性基と親水性ポリマーと化学的にグラフトした粒子を含むコーティング組成物によって実現される。
【００１１】
結果として得られるコーティングのさらなる利点は、硬度および耐擦傷性などの良好な機械的性質に現れる。
【００１２】
さらに別の利点は、コーティングが良好な生物付着防止性を示すことである。
【００１３】
さらに別の利点は、コーティングが良好な防曇性を示すことである。
【００１４】
さらに別の利点は、コーティングが基材に対して良好な接着性を示すことである。
【００１５】
さらに別の利点は、コーティングが良好な潤滑性を有することができることである。
【００１６】
さらに別の利点は、粒子の表面に特殊な基をグラフトすることによって、または前記反応性粒子によって形成された網目構造にそれらの基を組み込むことによって、コーティングを生体反応性にできることである。
【００１７】
本発明のコーティング組成物のさらに別の利点は、特に乾燥状態における光学的透明性である。
【００１８】
粒子
粒子に反応性基と親水性ポリマー鎖とをグラフトするのであれば、本コーティング組成物は様々な種類の粒子を含むことができる。本発明のコーティング組成物は、有機および／または無機の粒子を含むことができる。有機粒子の例は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノ粒子である。非常に強いコーティングが得られるため、好ましくは、本発明のコーティング組成物は無機粒子を含む。好ましくは粒子の平均最大直径は１０μｍ未満であり、好ましくは１μｍ未満である。さらにより好ましくは粒子の平均最大直径は１００ｎｍ未満であり、さらにより好ましくは５０ｎｍ未満である。この理由は、これによって、平滑な表面を有する非常に強いコーティングが得られるからである。これらの非常に小さな直径の粒子を使用して透明なコーティングを得ることもできる。
【００１９】
球状粒子の場合、１つのみの直径が存在すると見なされ、そのためこの直径が最小直径となる。非球状粒子（たとえば棒状や小板状が挙げられるが、これらに限定されるものではない）の場合、最大直径は、粒子を横断して引かれる最長の直線として測定される。粒子の寸法の測定方法としては、光学顕微鏡検査、走査型顕微鏡検査、および原子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）が挙げられる。顕微鏡法が使用される場合、無作為に選んだ１００個の粒子の寸法を測定して、その平均を計算する。好適な無機粒子の例は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ａｍ−ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｂ−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、またはＡｇを含む粒子である。
【００２０】
親水性ポリマー
粒子には、様々な種類の親水性ポリマー鎖をグラフトすることができる。親水性ポリマー鎖は、０〜１００℃の間の１つの温度において水中に溶解するポリマー鎖である。好ましくは、２０〜４０℃の間の温度範囲で水に溶解するポリマーが使用される。好ましくは、親水性ポリマーは、少なくとも０．１ｇ／水１リットル、より好ましくは少なくとも０．５グラム／リットル、最も好ましくは少なくとも１．０グラム／リットル溶解する。水に対する溶解性を求めるために、ポリマー鎖をグラフトするための基、および重合後にポリマーに取り付けられるイオン性基などのあらゆる他の基を含まないポリマー鎖が使用される。好ましくは溶解性は、ｐＨが３〜１０の間、より好ましくは５．５〜９の間、最も好ましくはｐＨ７の水中で求められる。
【００２１】
本ポリマー鎖は、１種類のモノマー種（ホモポリマー）を含む場合もあるし、不規則または規則的なブロックとして配列したより多くの化学種（コポリマー）を含む場合もある。
【００２２】
好ましくは、親水性ポリマー鎖は、エチレンオキシド、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ビニルピロリドン、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ホスホリルコリン、グリシジル（メタ）アクリレート、または糖類のモノマー単位を含む。
【００２３】
コーティングされる物体にコーティングが付与する典型的な利点の１つは、ポリマー鎖の親水性に起因するコーティングの非常に良好な生物付着防止性である。これらの性質は、コーティング表面における親水性ポリマー鎖の濃度及び長さを増加させることで向上する。
【００２４】
好ましくは、親水性ポリマー鎖は、少なくとも平均５モノマー単位を含み、より好ましくはこのポリマーは少なくとも平均７モノマー単位を含み、さらにより好ましくはこのポリマーは少なくとも平均１０モノマー単位を含み、最も好ましくはこのポリマーは少なくとも平均１５モノマー単位を含む。
【００２５】
濃度は、たとえば、粒子にグラフトするポリマーの密度の増加、長さの増加、またはコーティング組成物中の粒子の重量比の増加によって増加させることができる。
【００２６】
良好な防曇性を得るためには、比較的短い長さのポリマー鎖が好ましい。
【００２７】
本コーティング組成物の別の利点は、低い静水接触角である。好ましくはこの静水接触角は５０°未満、より好ましくは４０°未満、さらにより好ましくは３０°未満である。
【００２８】
グラフトに使用される基
親水性ポリマー鎖と反応性基を含む化合物とを粒子にグラフトするための基は、グラフトの技術分野において知られているあらゆる基を含むことができ、たとえば（トリアルコキシ）シラン、チオール、アミン、水素化シランが挙げられるが、これらに限定されるものではない。グラフト反応によって、親水性ポリマー鎖と反応性基を含む化合物とが粒子表面に化学的に結合する。親水性ポリマーおよび反応性基を含む化合物は、グラフトするための基を１分子当たり２つ以上含むことができる。より好ましい実施形態においては、親水性ポリマーおよび化合物反応性基は、グラフトするための基を１分子当たり平均で１つ有する。親水性ポリマーの場合、グラフトするための基は、好ましくは、親水性ポリマー鎖に結合した末端基である。
【００２９】
反応性基
反応性基としては、基材と反応することができる、および／または反応して架橋相を形成することで粒子を含むコーティングを形成することができる基が使用される。単独重合反応などにおいて相互に反応することができる、１種類の化学種の反応性基を使用することができる。このような反応性基の例としては、アクリレート基およびメタクリレート基が挙げられる。共重合反応において反応可能な基などの複数の基の混合物を使用することもできる。このような基の例としては、エポキシと組み合わされたカルボン酸および／またはカルボン酸無水物、ヒドロキシ化合物、特に２−ヒドロキシアルキルアミドと組み合わされた酸、イソシアネートと組み合わされたアミン、たとえばブロックイソシアネート、ウレトジオン、またはカルボジイミド、アミンまたはジシアンジアミドと組み合わされたエポキシ、イソシアネートと組み合わされたヒドラジンアミド、イソシアネートと組み合わされたヒドロキシ化合物、たとえばブロックイソシアネート、ウレトジオン、またはカルボジイミド、無水物と組み合わされたヒドロキシ化合物、（エーテル化された）メチロールアミドと組み合わされたヒドロキシ化合物（「アミノ−樹脂」）、イソシアネートと組み合わされたチオール、アクリレートまたは他のビニル種と組み合わされたチオール（場合によりラジカル開始される）、アクリレートと組み合わされたアセトアセテート、ならびにカチオン性架橋が使用される場合エポキシ化合物とエポキシまたはヒドロキシ化合物が挙げられる。２＋２光付加環化および４＋２熱付加などの付加反応も可能である。
【００３０】
反応性基は親水性ポリマー鎖に結合させることもできるが、好ましくは少なくとも２０重量％の親水性ポリマー鎖は、このような反応性基を含まない。より好ましくは少なくとも５０重量％、さらにより好ましくは少なくとも８０重量％の親水性ポリマー鎖がこのような反応性基を含まない。最も好ましくは親水性ポリマー鎖が、このような反応性基を全く含まない。
【００３１】
反応性希釈剤
本発明のコーティング組成物は、相互に反応可能である、およびまたは粒子にグラフトされる反応性基と反応可能である少なくとも１つの基を有する化合物として定義される、１種類以上の反応性希釈剤を含むことができる。
【００３２】
基本的には、多種多様な化合物が、反応性希釈剤としての使用に好適となり、たとえば前述の定義の反応性基と同じ基を有するモノマーまたはオリゴマーが挙げられる。好ましい実施形態においては、これらの反応性希釈剤は、グラフトされる親水性ポリマーと同じ温度範囲で水溶性である。
【００３３】
反応性希釈剤として使用可能となりうる化合物は、イソシアネート、アルコキシチタネート、アルコキシジルコネート、あるいは尿素−、尿素／メラミン−、メラミン−ホルムアルデヒド、またはフェノール−ホルムアルデヒド（レゾール、ノボラック型）、あるいは放射線硬化性（過酸化物または光で開始する）不飽和一官能性および多官能性モノマーおよびポリマー、たとえばアクリレート、メタクリレート、マレエート／ビニルエーテル）、あるいは放射線硬化性（過酸化物または光で開始する）不飽和のもの、たとえばスチレン中および／またはメタクリレート中のマレイン酸系またはフマル酸ポリエステルである。
【００３４】
架橋方法
反応性基を反応させて、架橋相を形成し、それによってコーティングを形成することができるあらゆる架橋方法が、本発明による方法における使用に適している。架橋を開始させる好適な方法は、たとえば電子ビーム放射線、電磁放射線（ＵＶ、可視光および近ＩＲ）、熱、および湿気硬化性化合物が使用される場合の湿気の添加である。好ましい実施形態においては、架橋はＵＶ放射線によって行われる。ＵＶ架橋は、フリーラジカル機構、またはカチオン機構、またはそれらの組み合わせによって起こりうる。別の好ましい実施形態においては、架橋は熱的に行われる。異なる方法を組み合わせることもできる。
【００３５】
開始剤
架橋反応を開始させるために、混合物中に架橋剤を存在させることができる。開始剤の量は広範囲で変動させることができる。好適な開始剤量は、たとえば、架橋反応に関与する化合物の全重量に対して０重量％を超え５重量％までの間である。
【００３６】
ＵＶ架橋が使用される場合、その混合物は好ましくは１種類以上のＵＶ光開始剤を含む。あらゆる公知のＵＶ光開始剤を本発明の方法に使用することができる。
【００３７】
コーティングの厚さ
本発明によるコーティングは、あらゆる所望の厚さで調製することができる。本発明によるコーティングは、典型的には５０ｎｍ〜数十マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する。
【００３８】
基材
本発明による方法における基材として多種多様の基材を使用することができる。好適な基材は、たとえば平坦または湾曲、剛性または可撓性の基材であり、たとえばポリカーボネート、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリノルボルネンのフィルム、あるいは、ガラスなどの非晶質固体、あるいはケイ素またはガリウムヒ素などの結晶質材料が挙げられる。鋼などの金属基材を使用することもできる。
【００３９】
本発明による方法によって得ることが可能な自立コーティングは、基材上にフィルムまたはコーティングを調製し、続いて架橋後にそのフィルムまたはコーティングを基材から取り外すことによって得ることができる。
【００４０】
混合物の基材への適用
本発明の混合物は、１ステップまたは複数のステップでの湿式コーティング付着技術分野において公知であるあらゆる方法によって基材上に適用することができる。好適な方法の例は、スピンコーティング、ディップコーティング、吹き付け塗装、流し塗り、メニスカスコーティング、キャピラリーコーティング、およびロールコーティングである。本コーティング組成物で、物体の全体をコーティングすることもできるし、部分的にコーティングすることもできる。限定するものではないが、たとえばフォトリソグラフィによって、コーティングを部分的に架橋させ、未架橋部分を除去することも可能である。
【００４１】
第１の実施形態においては、本発明による混合物は、基材上の唯一のコーティングとして適用される。第２の実施形態においては、本コーティングは、１つ以上のコーティングの上に適用される。当業者であれば、接着性、硬度、光学的透明性などの性質を最適化するようなコーティングの選択方法を理解しているであろう。
【００４２】
コーティングを適用し硬化させた後、これらに限定するものではないが、熱処理または放射線などのさらなる処理ステップを行うことができる。
【００４３】
溶媒
たとえば、選択した適用方法を使用して機材に適用するのに適した本発明による組成物を調製するために、本発明による組成物は溶媒を使用することができる。
【００４４】
基本的には、多種多様の溶媒を使用することができる。良好な品質のコーティングを、すなわち溶媒蒸発後に得るために、好ましくは溶媒は、反応性基と親水性ポリマー鎖とがグラフトされた粒子の安定な懸濁液を形成することができる。粒子は、典型的には懸濁液の形態の混合物に加えられる。この懸濁液に使用されるものと同じ溶媒を使用して、混合物が所望の性質を有するように調整することができる。しかし、他の溶媒を使用することもできる。
【００４５】
好ましくは、基材上に混合物を適用した後で、使用された溶媒は蒸発する。本発明の方法によると、場合により、基材に適用した後で混合物は、溶媒の蒸発を促進するために加熱したり減圧処理したりすることができる。
【００４６】
好適となりうる溶媒の例は、１，４−ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、クロロフェノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、ジエチルアセテート、ジエチルケトン、炭酸ジメチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタノール、酢酸エチル、ｍ−クレゾール、モノ−およびジ−アルキル置換グリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ｐ−クロロフェノール、１，２−プロパンジオール、１−ペンタノール、１−プロパノール、２−ヘキサノン、２−メトキシエタノール、２−メチル−２−プロパノール、２−オクタノン、２−プロパノール、３−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、ヘキサフルオロイソプロパノール、メタノール、酢酸メチル、アセト酢酸メチル、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、ｎ−メチルピロリドン−２、酢酸ｎ−ペンチル、フェノール、テトラフルオロ−ｎ−プロパノール、テトラフルオロイソプロパノール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、および水である。アルコール、ケトン、およびエステルを主成分とする溶媒を使用することもできるが、高分子量アルコールの場合にはアクリレートの溶解性が問題となることがある。ハロゲン化溶媒（ジクロロメタンおよびクロロホルムなど）および炭化水素（ヘキサンおよびシクロヘキサンなど）も好適となりうる。好ましくはメタノール、メチルエチルケトン、またはイソプロパノールが使用される。
【００４７】
より好ましい実施形態においては、有機溶媒と水との混合物が使用される。最も好ましい実施形態においては、水が溶媒として使用される。
【００４８】
接着促進剤
好ましくは、本発明による組成物は、コーティングの基材に対する接着性を増加させる化合物を含む。これらは、たとえばアクリレート含有コーティングをガラス上に使用する場合のシランアクリレート化合物であってよい。当業者であれば、所望の基材に適した接着促進剤を選択できるであろう。
【００４９】
追加の添加剤
さらなる実施形態においては、本発明による組成物は、使用中にコーティングから拡散する１種類以上の化学種を含むことができる。このような化学種は、潤滑性、接着目的に使用したり、治療用化学種を含んだりすることができる。このような化学種の例は、たとえばヘパリン、ビタミン類、抗炎症薬、第４級アンモニウムイオンなどの抗菌機能、ペプチド配列、ハロゲン不安定性化学種など、生体分子受容部位等であるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
本組成物が基材に適用された後の後加工ステップとしては、可逆的収着を介した薬物などの移行性化学種の添加、またはコーティング中に残留する反応性基への生体活性種の化学的グラフトを挙げることができる。
【００５１】
本発明は、本発明によるコーティング組成物から得ることが可能なフィルムまたはコーティングにも関する。本発明は、本発明によるコーティング組成物が部分的または全体的にコーティングされた物体にも関する。
【００５２】
本発明は、本発明による組成物中に使用される、反応性基と親水性ポリマーとがグラフトされた粒子にも関する。
【００５３】
用途
本コーティングの用途としては、生物付着防止または抗血栓性を有するコーティング、抗炎症性を有するコーティング、抗菌性コーティング、バイオフィルム形成を防止するためのコーティング、バイオレセプター用コーティング、防曇性を有するコーティングが挙げられる。物体の水溶液による濡れ性を向上させるために、本コーティングを物体に適用することもできる。
【００５４】
本発明は、親水性鎖を粒子に化学的にグラフトするステップを含む、本発明によるコーティング組成物の製造方法にも関する。
【００５５】
この方法を使用することで、様々な種類の用途に適した種々のコーティング組成物を得ることができる。
【００５６】
実施例
実施例によって本発明をさらに説明するが、実施例によって限定されるものではない。
【００５７】
実施例で使用した材料
実施例に使用した材料およびそれらの供給元の一覧を表１に示しており、ナノシリケート粒子懸濁液（ＭＴ−ＳＴ）の性質を以下の表２に示している。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
ｍＰＥＧトリメトキシシランポリマー鎖の調製
モノメチルエーテルポリエチレングリコール（ｍＰＥＧ）（Ｍｗ＝１１００および２０００ｇ ｍｏｌ−１）をトルエン中に溶解させ、その混合物を乾燥させた。
【００６１】
室温において窒素下で、ｍＰＥＧに関して１モル当量のトリエトキシ（３−イソシネートプロピル）シランを反応混合物に滴下した。触媒として、数滴のジブチルスズジラウレートを加えた後、反応混合物を５０℃で２４時間撹拌し続けた。この反応を赤外分光法で追跡した；イソシアネート信号は約２２７１ｃｍ−１で見られる。完了後、約３分の２のトルエンを回転蒸発により除去し、ｍＰＥＧトリメトキシシランをヘキサン中に沈殿させ、数回洗浄を行った。この結果得られた固形分を乾燥させ、１Ｈ ＮＭＲにより特性決定を行った。反応収率＞９０％が得られた。
【００６２】
親水性ポリマー鎖と反応性基とでグラフトされた粒子の調製
アクリレート基の重合を阻害するヒドロキノンモノエチルエーテルとともに使用して、メタノール中に懸濁した酸化ケイ素ナノ粒子（ＭＴ−ＳＴ）に、アクリルプロピルトリメトキシシラン（Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳ）と、上記のように得たｍＰＥＧトリメトキシシランポリマーとをグラフトした。
【００６３】
酸化ケイ素ナノ粒子を調製するために、前述のシラン化合物ヒドロキノンモノエチルエーテルを、過剰の水（Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳ濃度に対して）とともに撹拌し、２時間加熱還流した。表３は、使用した各化合物の正確な量を示している。
【００６４】
【表３】
【００６５】
実施例１〜９ コーティングされた基材の調製
上記表３による改質酸化ケイ素ナノ粒子Ａ〜Ｄを、反応性希釈剤、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ｍｗ＝２４８ｇ ｍｏｌ−１）、Ａｃｒ−Ｐｒ−ＴＭＳを含む接着促進剤、および光開始剤イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）１８４と混合することによって、種々の配合物を調製した。配合物に使用した正確な重量は表４および５に示している。
【００６６】
種々の配合物薄膜を顕微鏡用スライドガラス上（濡れ性、ナノインデンテーションの測定用）、および２．５ｎｍシリカ酸化物相を有するシリコンウエハ上（耐久性の測定、厚さの測定、およびタンパク質吸着実験用）に調製した。
【００６７】
一滴の配合物（表４および５参照）を清浄な基材上に適用し、２０００ｒ．ｐ．ｍ．の速度で２０秒間回転させた。得られた湿式スピンコーティング試料を、約２．０Ｊ／ｃｍ２の線量において、不活性雰囲気中、Ｄ電球を使用してＵＶ線で硬化させた。コーティングされた基材を、次に、ＩＲランプに曝露することで温度１２０℃までポストベーク（すなわち加熱）し、続いて７０℃のオーブンに１２時間入れた。
【００６８】
静水接触角の測定
シリンジ、試料ステージ、およびビデオカメラを含む装置を使用して実施例１〜６によるコーティングの静的接触角測定を行った。ビジョン・ゲージ・ソフトウェア（Ｖｉｓｉｏｎ Ｇａｕｇｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）（標準版（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ）、バージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）６．３９）を使用して画像を解析した。
【００６９】
測定前に、カメラの較正と、シリンジ中の水の表面張力の測定を行った。後者は、シリンジから１滴の水を供給し、その液滴がシリンジに接触したままの状態でその画像を記録することによって行った。上記ソフトウェアで、この液滴の寸法を測定し、その値を表面張力の計算に使用した。
【００７０】
試料の静的接触角は、コーティングされた基材の表面上に蒸留水の５０μｌの液滴１つを供給することによって測定される。この液滴の画像を１３５秒間隔で１０枚撮影する。それらの画像から、ソフトウェアによってベースライン（表面）と液滴の端部とを測定し、これらの線が交差する位置で接触角を計算した。その後、１０枚の画像の平均値を計算した。表面の異なる領域に付着させた少なくとも２つの液滴について接触角を測定した。
【００７１】
実施例配合物１〜６によるガラス基材上のコーティング配合物の静水接触角の結果を表４に報告する。
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
耐久性測定
シリコンウエハ上に調製したコーティング配合物を、室温の水中に入れ、長時間にわたって目視観察した。１４日後に評価付けを行い、それらの外観を表６に示している。長時間水中に浸漬した後でも、コーティングがその完全性を維持したことが分かる。
【００７５】
【表６】
【００７６】
ナノインデンテーション測定
コーティングの硬度を測定するために、乾燥状態の数種類の試料に対してナノインデンテーションを行った。このようなインデンテーション用の基準材料は、ポリカーボネート、および反応性ナノ粒子を含む典型的なＵＶ硬化性ハードコートであった。
【００７７】
このインデンテーションは、典型的なＳｉＮバーコビッチ（Ｂｅｒｋｏｖｉｔｃｈ）インデンターを使用してマイクロマテリアルズ（Ｍｉｃｒｏｍａｔｅｒｉａｌｓ）６００で行った。インデンテーションは５００ｎｍで行い、１０回の測定を行いそれらを平均した。コーティングの硬度と換算弾性係数とを、標準的なオリバー・アンド・ファー（Ｏｌｉｖｅｒ ＆ Ｐｈａｒｒ）法により測定する。表７にこれらの値を示している。
【００７８】
親水性反応性粒子を含むコーティングの換算弾性係数および硬度は、ＵＶ硬化性ハードコートの典型的な値と同じ傾向にあり、熱可塑性ポリマーの場合よりも改善されていることが分かる。
【００７９】
【表７】
【００８０】
タンパク質吸着測定
シリコンウエハ上に調製したコーティングに対するタンパク質吸着測定を、よどみ点流動反射光測定（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｆｌｏｗ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）によって行った。ディジト（Ｄｉｊｔ）ら、Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｓｕｒｆ．５１，１４１（１９９０年）に記載される装置設定は、Ｈｅ−Ｎｅレーザーからの偏光からなり、この偏光が、流入流体の流体力学的に十分画定された点（よどみ点）におけるブルースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角でコーティングによって反射される。検出器は、反射ビームをその平行（ｐ）成分と垂直（⊥）成分とに分割し、それぞれの強度の比Ｓ＝Ｉｐ／Ｉ⊥が連続的に測定される。コーティング界面上への材料の吸着によって、変化ΔＳが生じ、適切な条件（たとえばコーティングの厚さ、吸着した質量）下では、吸着量Γは、
【数１】
に従う良好な線形関係を示し、上式中Ｓ０は吸着前の初期の比である。定数Ｑｆは、性質係数と呼ばれ、ｍｇ ｍ−２の単位を有し、光学系に依存する。これは、系を記述するために層状マトリックスからなる光学モデルが使用される場合でコンピュータープログラムを使用して評価した。このプログラムには、コーティングの屈折率ｎ、および厚さの値が必要となる。これらは、コンピューター・ヌル・エリプソメテリー（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｌｌ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒｙ）（センテック・インストルメンツ（Ｓｅｎｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＧｍｂＨ））によってλ＝６３２．８ｎｍおよび角度＝７０°で測定し、それらの値を表８に報告している。
【００８１】
１０ｍＭ硝酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ６．２、２５０ｍｌ）中のリゾチーム（アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）、ロット番号５１Ｋ７０２８）（０．１５６ｍｇ ｍｌ−１）のタンパク質溶液を調製した。リゾチームは、静電吸着の研究のモデルとしてよく使用される小型のタンパク質（Ｍｗ＝１５ｋＤａ、ｐｌ＝１０．９）である。タンパク質吸着実験前にコーティングを上記緩衝溶液中に少なくとも２分間浸漬して、コーティングを平衡化させる。すべての測定は、１．０ｍｌ ｍｉｎ−１の流速を使用して行い、チャンバー内に緩衝溶液を約２分間流した後でタンパク質試料を流した。タンパク質試料の導入後にプラトーに達してから、緩衝溶液を流した。これによって、吸着しなかったタンパク質をコーティングから洗い流すことができる。実施例７〜９について、３つの別々の試料から計算した、緩衝溶液を流した後のリゾチームタンパク質の吸着量の平均プラトー値Γｐｌａを表８に報告する。比較のため、コーティングを含まないシリコンウエハについても試験を行った。
【００８２】
【表８】
【００８３】
実施例７〜９によるコーティングは、７５ｎｍ酸化物層を有するシリコンウエハよりも、吸着リゾチームタンパク質量が少なかったことが分かる。タンパク質溶液の後でセルに緩衝溶液を流すと、かなりの量のタンパク質が脱着することも興味深い。さらに、理論予測および実験観察と一致するように、酸化ケイ素ナノ粒子上のＰＥＧシランのグラフト密度が増加すると、タンパク質吸着量が減少することが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性基と親水性ポリマー鎖とがグラフトされた粒子を含むコーティング組成物。
【請求項２】
前記粒子が無機である請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項３】
前記粒子の平均最小直径が１０μｍ未満である、請求項１または２に記載のコーティング組成物。
【請求項４】
前記粒子が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ａｍ−ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｂ−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、またはＡｇを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項５】
前記親水性ポリマー鎖が、エチレンオキシド、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ビニルピロリドン、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ホスホリルコリン、グリシジル（メタ）アクリレート、または糖類のモノマー単位を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項６】
コーティングの基材に対する接着性を増加させる化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティング組成物中に使用される粒子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーティング組成物から得ることが可能なコーティング。
【請求項９】
使用中に前記コーティングから拡散するさらに１種類の化学種を含む、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１０】
親水性鎖を粒子に化学的にグラフトするステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティング組成物を製造する方法。
【請求項１】
反応性基と親水性ポリマー鎖とがグラフトされた粒子を含むコーティング組成物。
【請求項２】
前記粒子が無機である請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項３】
前記粒子の平均最小直径が１０μｍ未満である、請求項１または２に記載のコーティング組成物。
【請求項４】
前記粒子が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ａｍ−ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｓｂ−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、またはＡｇを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項５】
前記親水性ポリマー鎖が、エチレンオキシド、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ビニルピロリドン、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ホスホリルコリン、グリシジル（メタ）アクリレート、または糖類のモノマー単位を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項６】
コーティングの基材に対する接着性を増加させる化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティング組成物中に使用される粒子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーティング組成物から得ることが可能なコーティング。
【請求項９】
使用中に前記コーティングから拡散するさらに１種類の化学種を含む、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１０】
親水性鎖を粒子に化学的にグラフトするステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティング組成物を製造する方法。
【公表番号】特表２００８−５１００２８（Ｐ２００８−５１００２８Ａ）
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２５５５９（Ｐ２００７−５２５５５９）
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００５／０００４８６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１６８００
【国際公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００５／０００４８６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１６８００
【国際公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
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