船舶コーティング
現在では、大多数の船舶コーティング製品は、防汚ペイント（すなわち、海洋微生物を死滅させる殺生物剤の放出）に基づく。殺生物剤は海洋環境に有害であるので、それらの適用は高度に制限されている。船舶コーティングにおける進歩にもかかわらず、自己研磨／非汚染性および超疎水性／非汚染性の有利な特性を提供する、新しい船舶コーティングの必要性が存在する。本発明はこの必要性を満たすことを目指し、さらなる関連する利点を提供する。本発明は、非汚染性双性イオンポリマーに加水分解性のカチオン性ポリマーを含む船舶コーティング、コーティングされた船舶表面、および船舶コーティングを作製し、使用する方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
船体および他の海洋表面の生物汚損は、地球環境および経済上の問題になっている。
【背景技術】
【０００２】
現在では、大多数の船舶コーティング製品は、防汚ペイント（すなわち、海洋微生物を死滅させる殺生物剤の放出）に基づく。殺生物剤は海洋環境に有害であるので、それらの適用は高度に制限されている。シリコーン化合物に基づく無毒性汚染放出コーティングが市販されているが、まだ一般的ではない。これらのコーティングは、高速（１４ノットを超える）で動く船舶でのみ有効である。さらに、これらのコーティングは、材料、塗布および維持の面で高コストである。
【０００３】
超低汚染性双性イオン物質およびコーティングは、非汚染性船舶コーティングの開発を可能にする。ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）誘導体または双性イオンポリマーは、細菌付着およびバイオフィルム形成を減少させる非汚染性材料として、広く用いられている。しかし、酸化損傷に対するＰＥＧの感受性は、複合媒体でのその長期適用を制限している。ポリ（スルホベタインメタクリレート）（ｐＳＢＭＡ）などの双性イオン物質は、細菌付着およびバイオフィルム形成を激減させることができ、また、非特異的タンパク質吸着に高度抵抗性である。
【０００４】
船舶コーティングにおける進歩にもかかわらず、自己研磨／非汚染性および超疎水性／非汚染性の有利な特性を提供する、新しい船舶コーティングの必要性が存在する。本発明はこの必要性を満たすことを目指し、さらなる関連する利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ポリマーを含む船舶コーティング、コーティングを作製する方法、コーティングで塗布される船舶表面、およびコーティングを船舶に塗布する方法を提供する。
【０００６】
一態様では、本発明は船舶コーティングを提供する。
【０００７】
一実施形態では、船舶コーティングは、以下を含むカチオン性ポリマーを含み：
（ａ）ポリマー骨格；
（ｂ）それぞれが第一のリンカーによって前記ポリマー骨格に共有結合している複数のカチオン性中心；
（ｃ）各カチオン性中心に結合している対イオン；および
（ｄ）第二のリンカーを介して各カチオン性中心に共有結合している加水分解性基であって、アニオン性中心に加水分解性であり、前記第二のリンカーを介して前記カチオン性中心に共有結合しているアニオン性中心を有する双性イオンポリマーを提供する加水分解性基を含む。
【０００８】
一実施形態では、ポリマーは、式：
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ
を有し、上式で、
ＰＢはｎ個のペンダント基Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；
Ｎ＋はカチオン性中心であり；
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択され；
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、加水分解性基であって、ＡはＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯからなる群から選択され、Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基であり；
Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；
Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；
Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンであり；
ｎは、約１０〜約１０，０００の整数である。
【０００９】
一実施形態では、対イオンは疎水性の有機対イオンである。代表的な対イオンには、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレートおよびＣ１〜Ｃ２０アルキルスルホネートが含まれる。
【００１０】
ある実施形態では、対イオンは生物学的に活性である。代表的な対イオンには、抗菌剤、抗細菌剤および抗真菌剤が含まれる。一実施形態では、対イオンはサリチレートである。
【００１１】
ある実施形態では、加水分解性基は、加水分解の際に疎水性の有機基を放出する。一実施形態では、加水分解性基は加水分解の際にＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートを放出する。
【００１２】
ある実施形態では、加水分解性基は、加水分解の際に生物学的活性物質を放出する。代表的な生物学的活性物質には、抗細菌剤および抗真菌剤が含まれる。
【００１３】
代表的なカチオン性中心には、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムが含まれる。
【００１４】
一実施形態では、ＲａおよびＲｂは、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状アルキル基からなる群から独立に選択される。
【００１５】
一実施形態では、Ｌ１は−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−からなる群から選択され、式中、ｎは１〜２０の整数である。
【００１６】
一実施形態では、Ｌ２は−（ＣＨ２）ｎ−であり、式中、ｎは１〜２０の整数である。
【００１７】
一実施形態では、Ａは、Ｃ、ＳＯおよびＰＯからなる群から選択される。
【００１８】
一実施形態では、ＲｃはＣ１〜Ｃ２０アルキルである。
【００１９】
一実施形態では、Ｘ−は、ハライド、カルボキシレート、アルキルスルホネート、サルフェート；ナイトレート、パークロレート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメチルスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、ラクテートおよびサリチレートからなる群から選択される。
【００２０】
別の実施形態では、船舶コーティングは、式
【００２１】
【化１】
を有する共重合体を含み、式中、Ｒ１は各出現時に、水素、メチルおよびエチルからなる群から独立に選択され；
Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルからなる群から独立に選択され；
Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールおよびトリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルからなる群から選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｍは、１〜２０の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、５〜約１００，０００の整数である。
【００２２】
一実施形態では、Ｒ４はＣ４〜Ｃ１２アルキルである。
【００２３】
さらなる実施形態では、船舶コーティングは、式
【００２４】
【化２】
を有する共重合体を含み、式中、Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、１〜２０の整数であり；
ｍは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数である。
【００２５】
上記の共重合体について、一実施形態では、Ｒはアンモニウムである。一実施形態では、共重合体はブロック共重合体である。
【００２６】
本発明の船舶コーティングは、結合剤ポリマーをさらに含むことができる。代表的な結合剤ポリマーには、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物が含まれる。
【００２７】
別の態様では、本発明は、本発明の船舶コーティングで処理された船舶基材の表面を提供する。代表的な基材には、船舶の船体および船舶構造物、例えばプロペラ、潜望鏡およびセンサーが含まれる。本発明の船舶コーティングで有利にコーティングすることができる他の海洋構造物には、橋および魚網が含まれる。
【００２８】
本発明のさらなる態様では、船舶基材の表面を処理する方法が提供される。本方法では、本発明の船舶コーティングは、船舶基材の表面に塗布される。一実施形態では、コーティングを塗布することは、コーティングを噴霧することを含む。別の実施形態では、コーティングを塗布することは、コーティングをペイントすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明において有用であるカチオン性ポリマーを作製するのに有用な３つの代表的なカチオン性モノマー、すなわち、異なるカルボキシベタインエステル基を有する３つのアクリルアミドモノマー、ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステルの構造を例示する図である。
【図２】本発明の代表的なカチオン性ポリマーの加水分解、すなわち、双性イオンポリカルボキシベタインへのカチオン性ポリカルボキシベタインエステルの加水分解を例示する図である。
【図３】（ａ）１０ｍＭ（３％加水分解）、（ｂ）１００ｍＭ（８２％加水分解）および（ｃ）１Ｍ（１００％加水分解）の水酸化ナトリウム濃度の溶液で１時間処理した後の、本発明の代表的なカチオン性ポリマー、ポリＣＢＡＡ−３−エステルの加水分解の１Ｈ ＮＭＲスペクトルを比較する図である。
【図４】１０ｍＭおよび１００ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液での本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの加水分解速度を比較する図である。
【図５Ａ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ａ）ポリＣＢＡＡ−１−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図５Ｂ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ｂ）ポリＣＢＡＡ−３−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図５Ｃ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ｃ）ポリＣＢＡＡ−５−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図６】本発明において有用である３つの代表的なカチオン性ポリマー、ポリＣＢＡＡ−エステルの加水分解の前後の抗微生物活性を比較するグラフである。Ｅ．ｃｏｌｉ（１０８個の細胞／ｍＬ）を、各ポリマー溶液（反復単位モル濃度： ２ｍＭ）と３０分間インキュベートした。ＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．４および１５０ｍＭ）を、陰性対照として用いる。
【図７】カチオン性ポリマーでコーティングした本発明の代表的な表面の略図である。表面は、加水分解時に、抗細菌性表面から非汚染性表面に切り替わる：（ａ）抗微生物性カチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は、細菌を効果的に殺傷し、（ｂ）ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は、加水分解時に非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１に変換され、（ｃ）表面にとどまっている死菌は、非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１から放出され、（ｄ）双性イオンｐＣＢＭＡ−１自体は、細菌の接着に高度抵抗性であることを証明する。
【図８】本発明の代表的なカチオン性ポリマー、切替可能なｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２；抗微生物性カチオン性ｐＣ８ＮＭＡ；および非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−２の化学構造を例示する図である。
【図９】Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２に対するｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの殺菌活性を比較するグラフである。抗微生物性ポリマーでコーティングされた表面で増殖した生存Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２コロニーの割合は、ｐＣＢＭＡ−２対照（ｎ＝３）の上で増殖したコロニー数と相対的である。
【図１０】様々なポリマーで被覆した表面への１時間曝露についての、１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液からの付着したＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２細胞（赤色）の蛍光顕微鏡検査画像を示す図である：（ａ）、（ｃ）および（ｅ）は、それぞれ加水分解前のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、ｐＣ８ＮＭＡおよびｐＣＢＭＡ−２のものであり、（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）は、それぞれ加水分解後の同じポリマーのものである。加水分解は、１０ｍＭ ＣＡＰＳ（ｐＨ１０．０）で８日間であった。
【図１１】加水分解の前後のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、ｐＣ８ＮＭＡおよびｐＣＢＭＡ−２への１時間の曝露についての、１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液からのＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２の結合を比較するグラフである（ｎ＝３）。
【図１２】図１２Ａは、（ａ）加水分解の前、ならびに（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ水、ｐＨ９．０の１０ｍＭ ＣＥＨＳ、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳによる２４時間の加水分解の後の、ＡＴＲＰを通してｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２を移植した表面への、ＰＢＳ緩衝液中の１ｍｇ・ｍＬ−１フィブリノーゲンの吸着を示すＳＰＲセンサーグラムを比較する図である。図１２Ｂは、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳとのインキュベーションの（ａ）前、および（ｂ）２４時間の後のｐＣ８ＮＭＡを移植した表面、ならびに、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳによる（ｃ）加水分解の前および（ｄ）２４時間の加水分解の後のｐＣＢＭＡ−２を移植した表面への、ＰＢＳ緩衝液中の１ｍｇ・ｍＬ−１フィブリノーゲンの吸着を示すＳＰＲセンサーグラムを比較する図である。
【図１３】本発明において有用であるカチオン性ポリマーを作製するのに有用な代表的なカチオン性モノマー：ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡ、サリチル酸対イオンを有するＣＢＭＡ−１のエチルエステルの構造を例示する図である。
【図１４】ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡを重合させることによって調製したヒドロゲルからの、４つの条件：（ａ）水、中性ｐＨ；（ｂ）リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）；（ｃ）水、ｐＨ１０；および（ｄ）０．１５Ｍ塩化ナトリウム水溶液、ｐＨ１０の下での、２５℃でのサリチル酸の経時的（１２時間、３９時間および６３時間）放出速度（ｍｇ／ｈ）を比較する図である。
【図１５】ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡを重合させることによって調製したヒドロゲルからの、４つの条件：（ａ）水、中性ｐＨ；（ｂ）リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）；（ｃ）水、ｐＨ１０；および（ｄ）０．１５Ｍ塩化ナトリウム水溶液、ｐＨ１０の下での、３７℃でのサリチル酸の経時的（１２時間、３９時間および６３時間）放出速度（ｍｇ／ｈ）を比較する図である。
【図１６】本発明で有用な、イオン交換対イオンＹ−（例えば、疎水性の対イオン）を有する代表的なカチオン性モノマーおよびポリマーの調製の略図である。
【図１７】本発明で有用な、疎水性の対イオン（サリチル酸）および脱離基ＣＨ３（ＣＨ２）７ＯＨまたはＣＨ３（ＣＨ２）１１ＯＨを有する、代表的なカチオン性ポリマーの海水加水分解、すなわち、双性イオンポリカルボキシベタインへのカチオン性ポリカルボキシベタインエステルの加水分解を示す図である。
【図１８】図１７に示すカチオン性ポリマー（ｍ＝７およびｍ＝１１）でコーティングした表面についての、加水分解（人工海水、ｐＨ８．２の０．６Ｍ塩化ナトリウムに曝露させた時間）の関数としての相対的なタンパク質吸着を比較する図である。ｍ＝１１のカチオン性ポリマーでは遅い加水分解、ｍ＝７のカチオン性ポリマーでは中間の加水分解。相対的なタンパク質吸着は、西洋ワサビペルオキシダーゼ−抗フィブリノーゲンＥＬＩＳＡで測定した。
【図１９】図１７に示すカチオン性ポリマー（ｍ＝７およびｍ＝１１）でコーティングした表面についての、時間の関数（ｐＨ１０．３の溶液）としての相対的なタンパク質吸着を比較する図である。相対的なタンパク質吸着は、西洋ワサビペルオキシダーゼ−抗フィブリノーゲンＥＬＩＳＡで測定した。
【図２０−１】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ａは、エポキシパネルである。
【図２０−２】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｂは、ＰＶＣパネルである。
【図２０−３】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｃは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２０−４】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｄ〜Ｅは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２０−５】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｆは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２１】双性イオンブロック（スルホベタイン）および疎水性のブロック（メタクリレートＣｐエステル）を有する、本発明の代表的なブロックポリマーの調製の略図である。
【図２２−１】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ａおよび２２Ｂは、エポキシパネルである。
【図２２−２】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ｃは、Ｈｅｍｐａｓｉｌパネルである。
【図２２−３】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ｄは、図２８に示す本発明の代表的なブロック共重合体（ｐ＝１１）（加水分解性シリルエステル結合剤ポリマーと混合したブロック共重合体ナノ粒子）で処理したパネルである。
【図２３】フルオロアルキル部分（−ＣＦ２）ｎ−を含む双性イオンペンダント基を有する、本発明の代表的なシロキサンポリマーの調製の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、加水分解性基を有するカチオン性ポリマーを含む船舶コーティング、コーティングを作製する方法、およびコーティングを船舶に塗布する方法を提供する。
【００３１】
本発明の一態様では、カチオン性ポリマーを含む船舶コーティングが提供される。本発明で有用なカチオン性ポリマーは、加水分解して双性イオンポリマーを提供することができる加水分解性基を含む。双性イオンポリマーは、正および負の電荷の均衡を有するポリマーである。双性イオンポリマーは、タンパク質吸着および細菌接着に高度抵抗性であることができる。それらの生物模倣性質のために、ホスホベタイン、スルホベタインおよびカルボキシベタインポリマーなどの双性イオンポリマーは、高い生体適合性を示し、環境に対して優しい。
【００３２】
制御された加水分解。カチオン性ポリマーの構造上の特徴の変動は、それらの制御された加水分解、ならびに生物学的、化学的および物理的な特性の制御を可能にする。加水分解の速度は、加水分解性基（例えば、エステルの場合、−ＯＲ）の性質の選択によってかなり影響を与えること、および制御することができる。
【００３３】
下記のように、ある実施形態では、本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、加水分解後に官能基を都合よく放出する。例えば、明本発明において有用であるカチオン性エステルについては、加水分解エステルは−ＯＲ基を放出する。これらの実施形態では、放出される基は、治療剤（例えば、抗微生物性、抗細菌性、抗真菌性の薬剤）であってもよい。同様に、ある実施形態では、カチオン性ポリマーはそれらの対イオン（Ｘ−）を放出することができ、それらも、生物学的に活性（例えば、抗微生物剤および抗細菌剤）であってよい。
【００３４】
加水分解性基を加水分解によってだけでなく、他の手段によって起こる切断（例えば、分解または侵食）によっても切断することができることはいうまでもない。カチオン性ポリマーは、とりわけ、酵素触媒反応、酸化還元、熱、光、イオン強度、ｐＨおよび加水分解による環境変化によって、それらの対応する双性イオンポリマーに変換することができる。
【００３５】
本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーおよびそれらの対応する双性イオンポリマー対応物を、下に記載する。
【００３６】
カチオン性ポリマー
本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、加水分解されるとポリマーを双性イオンにするアニオン基を提供する加水分解性基を含む。各ポリマーでは、加水分解性基の数はカチオン基の数と実質的に同等であり、したがって、加水分解性基が加水分解されると生じるポリマーは双性イオン性である。本明細書で用いるように、用語「双性イオンポリマー」は、実質的に同等数のカチオン基およびアニオン基を有するポリマーを指す。
【００３７】
本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーは、式（Ｉ）
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ （Ｉ）
を有し、上式で、ＰＢはｎ個のペンダント基（すなわち、Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；Ｎ＋はカチオン性中心であり；ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリール基から独立に選択され；Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは加水分解性基であって、式中、ＡはＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯであり、Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基であり；Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンであり；ｎは、約１０〜約１０，０００である。式（Ｉ）のポリマーの平均分子量は、約１ｋＤａ〜約１，０００ｋＤａである。
【００３８】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解は、式（ＩＩ）
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）Ｏ−）ｎ （ＩＩ）
を有する双性イオンポリマーを提供し、上式で、ＰＢ、Ｌ１、Ｎ＋、Ｒａ、Ｒｂ、Ｌ２、Ａおよびｎは上に述べた通りであり、Ａ（＝Ｏ）Ｏ−はアニオン基である。
【００３９】
この実施形態では、式（Ｉ）のポリマーは、ｎ個のペンダント基を含み、式（ＩＩＩ）
ＣＨ２＝Ｃ（Ｒｄ）−Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ Ｘ− （ＩＩＩ）
を有するモノマーの重合によって調製することができ、上式で、Ｌ１、Ｎ＋、Ｒａ、Ｒｂ、Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃおよびＬ２、およびＸ−は、上で述べた通りであり、Ｒｄは、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基から選択される。
【００４０】
以下は、上記の式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のポリマーおよびモノマーの記載である。
【００４１】
式（Ｉ）および（ＩＩ）において、ＰＢはポリマー骨格である。代表的なポリマー骨格には、ビニルモノマー（例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン）に由来するビニル骨格（すなわち、−Ｃ（Ｒ’）（Ｒ’’）−Ｃ（Ｒ’’’）（Ｒ’’’’）−、式中、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’およびＲ’’’’は、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択される）が含まれる。他の適する骨格には、双性イオン基に変換することができる加水分解性基を含むペンダントカチオン基を提供するポリマー骨格、およびカチオン基を含み、双性イオン基に変換することができるペンダント加水分解性基を提供する骨格が含まれる。他の代表的なポリマー骨格には、ペプチド（ポリペプチド）、ウレタン（ポリウレタン）およびエポキシ骨格が含まれる。
【００４２】
同様に、式（ＩＩＩ）で、ＣＨ２＝Ｃ（Ｒｄ）−は、重合可能な基である。上記のものを含む他の重合可能な基を、本発明のモノマーおよびポリマーを提供するために用いることができることはいうまでもない。
【００４３】
式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で、Ｎ＋はカチオン性中心である。ある実施形態では、カチオン性中心は、第四級アンモニウム（ＮがＬ１；Ｒａ、ＲｂおよびＬ２に結合）である。アンモニウムに加えて、他の有用なカチオン性中心には、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムが含まれる。
【００４４】
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリール基から独立に選択される。代表的なアルキル基には、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状のアルキル基が含まれる。ある実施形態では、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ２Ｃ６Ｈ５、ベンジル）を含む、１つまたは複数の置換基でさらに置換される。一実施形態では、ＲａおよびＲｂは、メチルである。代表的なアリール基には、例えばフェニルを含む、Ｃ６〜Ｃ１２アリール基が含まれる。式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のある実施形態については、Ｒ２またはＲ３は存在しない。
【００４５】
Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーである。ある実施形態では、Ｌ１は、Ｌ１の残りをポリマー骨格（または式（ＩＩＩ）のモノマーの重合可能な部分）に結合させる官能基（例えば、エステルまたはアミド）を含む。官能基に加えて、Ｌ１はＣ１〜Ｃ２０アルキレン鎖を含むことができる。代表的なＬ１基には、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−が含まれ、式中、ｎは１〜２０（例えば、３）である。
【００４６】
Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基（または、式（ＩＩ）の双性イオンポリマーのアニオン基）に共有結合させるリンカーである。Ｌ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキレン鎖であることができる。代表的なＬ２基には−（ＣＨ２）ｎ−が含まれ、式中、ｎは１〜２０（例えば、１、３または５）である。
【００４７】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの疎水性および加水分解速度は、Ｌ１および／またはＬ２によって制御することができる。Ｌ１またはＬ２の疎水性が強いほど、加水分解性基の加水分解および双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。
【００４８】
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、加水分解性基である。加水分解性基は、エステル、例えばカルボン酸エステル（ＡはＣである）、スルフィン酸エステル（ＡはＳである）、スルホン酸エステル（ＡはＳＯである）、ホスフィン酸エステル（ＡはＰである）またはホスホン酸エステル（ＡはＰＯである）であることができる。加水分解性基は、無水物であることもできる。Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基である。
【００４９】
代表的なアルキル基には、Ｃ１〜Ｃ３０直鎖および分枝状のアルキル基が含まれる。ある実施形態では、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ２Ｃ６Ｈ５、ベンジル）を含む、１つまたは複数の置換基でさらに置換される。ある実施形態では、ＲｃはＣ１〜Ｃ２０直鎖アルキル基である。一実施形態では、Ｒｃはメチルである。別の実施形態では、Ｒｃはエチルである。一実施形態では、ＲｃはＣ３〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ４〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ５〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ６〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ８〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ１０〜Ｃ２０アルキルである。比較的遅い加水分解が所望される用途の場合、ＲｃはＣ４〜Ｃ２０ ｎ−アルキル基またはＣ４〜Ｃ３０ ｎ−アルキル基である。
【００５０】
代表的なアリール基には、例えば置換されたフェニル基（例えば安息香酸）を含むフェニルを含む、Ｃ６〜Ｃ１２アリール基が含まれる。
【００５１】
代表的なアシル基（−Ｃ（＝Ｏ）Ｒｅ）には、ＲｅがＣ１〜Ｃ２０アルキルまたはＣ６〜Ｃ１２アリールであるアシル基が含まれる。
【００５２】
代表的なシリル基（−ＳｉＲ３）には、ＲがＣ１〜Ｃ２０アルキルまたはＣ６〜Ｃ１２アリールであるシリル基が含まれる。
【００５３】
本発明のある実施形態では、加水分解生成物ＲｃＯ−（またはＲｃＯＨ）は、生物学的に活性（例えば、抗微生物剤、例えばサリチル酸（２−ヒドロキシ安息香酸）、ベンゾエート、ラクテート、ならびに抗生物質または抗真菌性薬剤のアニオン形態）である。
【００５４】
ある他の実施形態では、加水分解生成物ＲｃＯ−（またはＲｃＯＨ）は、ラクテート、グリコレートまたはアミノ酸である。
【００５５】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解速度は、Ｒｃによって制御することもできる。例えば、Ｒｃによる立体的および／または速度論的効果により加水分解性基の加水分解がより遅いほど、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。
【００５６】
Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンである。対イオンは、式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの合成または式（ＩＩＩ）のモノマーから生じる対イオンであってよい（例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−）。カチオン性中心の合成から最初に生成される対イオンは、他の適する対イオンと交換して、制御可能な加水分解特性および他の生物的特性を有するポリマーを提供することもできる。
【００５７】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解速度は、対イオンによって制御することもできる。対イオンの疎水性が強いほど、加水分解性基の加水分解はより遅く、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。代表的な疎水性対イオンには、カルボキシレート、例えば安息香酸および脂肪酸アニオン（例えば、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯ２−、式中、ｎ＝１〜１９）；アルキルスルホネート（例えば、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＳＯ３−、式中、ｎ＝１〜１９）；サリチレート；ラクテート；ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドアニオン（Ｎ−（ＳＯ２ＣＦ３）２）；およびそれらの誘導体が含まれる。他の対イオンを、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート；ナイトレート；パークロレート（ＣｌＯ４）；テトラフルオロボレート（ＢＦ４）；ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）；トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）；およびそれらの誘導体から選択することもできる。
【００５８】
他の適する対イオンには、疎水性対イオン、および、生物学的活性のある対イオン（例えば、抗微生物剤、例えばサリチル酸（２−ヒドロキシ安息香酸）、ベンゾエート、ラクテート、ならびに抗生物質または抗真菌性薬剤のアニオン形態）が含まれる。
【００５９】
式（ＩＩＩ）のモノマーについては、Ｒｄは、水素、フッ化物、トリフルオロメチルおよびＣ１〜Ｃ６アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル）から選択される。一実施形態では、Ｒｄは水素である。一実施形態では、Ｒｄはメチルである。別の実施形態では、Ｒｄはエチルである。
【００６０】
カチオン性ポリマーの構造上の特徴の変動は、それらの制御された加水分解、ならびに生物学的、化学的および物理的な特性の制御を可能にする。所望の制御されたポリマー加水分解を達成するために変更することができる、上記カチオン性ポリマーの構造上の特徴には、Ｌ１、Ｌ２、Ｒａ、Ｒｂ、Ａ、ＲｃおよびＸ−が含まれる。一般には、ポリマーまたは記載の構造上の特徴が疎水性であるほど、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの加水分解はより遅い。
【００６１】
ホモポリマー、ランダム共重合体、ブロック共重合体。本発明において有用であるカチオン性ポリマーには、ホモポリマー、ランダム共重合体およびブロック共重合体が含まれる。
【００６２】
一実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）によって定義されるようなカチオン性モノマーを重合させることによって調製される、式（Ｉ）によって定義されるようなカチオン性ホモポリマーを提供する。式（Ｉ）によって定義されるポリマーを含む本発明において有用であるカチオン性ポリマーに付随する有利な特性を、他の重合物質に付与することができることはいうまでもない。
【００６３】
一実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）の２つの異なるカチオン性モノマーを共重合することによって調製されるランダム共重合体を提供する。
【００６４】
別の実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）によって定義される本発明の１つまたは複数のカチオン性モノマーを、１つまたは複数の他のモノマー（例えば、疎水性のモノマー、アニオン性モノマーまたは双性イオンモノマー、例えばホスホリルベタイン、スルホベタインもしくはカルボキシベタインモノマー）と共重合することによって調製されるカチオン性反復単位を含む、ランダム共重合体を提供する。
【００６５】
一実施形態では、本発明は、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロック、および１つまたは複数の他のブロックを有するブロック共重合体を提供する。この実施形態では、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロックは、カチオン性反復単位（例えば、式（ＩＩＩ）のカチオン性モノマーから調製されるホモポリマーまたは共重合体）だけを含む。あるいは、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロックは、カチオン性反復単位および他の反復単位（例えば、疎水性、アニオン性、双性イオン性の反復単位）を含む。
【００６６】
他の適するポリマー
本発明は、以下のポリマーも提供する。
【００６７】
一実施形態では、カチオン性ポリマーは、以下の構造を有し：
【００６８】
【化３】
Ｒ１＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｒ２＝原子なし、−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｒ３＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｘ＝１〜８。
【００６９】
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート
【００７０】
【化４】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｙ＝１〜１０
Ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖または芳香族基。
【００７１】
別の実施形態では、カチオン性ポリマーは、以下の構造を有し：
【００７２】
【化５】
ｎ＞５
ｘ＝１〜５
ｙ＝１〜５
Ｒ１＝Ｈ、またはアルキル鎖
Ｒ２＝原子なし、Ｈ、またはアルキル鎖
Ｒ３＝アルキル鎖。
【００７３】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７４】
【化６】
Ｒ１、任意のアルキル鎖であり
Ｒ３は、任意のアルキル鎖であり
Ｒ２、Ｒ４は任意のアルキル鎖であり
ｘ＝１〜１８
ｙ＝１〜１８
ｎ＞３。
【００７５】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７６】
【化７】
Ｒは、アルキル鎖であり
ｘ＝１〜１８
ｙ＝１〜１８
ｎ＞３。
【００７７】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７８】
【化８】
Ｒ＝任意のアルキル鎖
ｘ＝０〜１１
ｎ＞３。
【００７９】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８０】
【化９】
ｎ＞３
ｘ＝１〜１０
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート。
【００８１】
【化１０】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖、芳香族基。
【００８２】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８３】
【化１１】
ｎ＞３
ｘ＝１〜６
ｙ＝０〜６
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート
【００８４】
【化１２】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖、芳香族基。
【００８５】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８６】
【化１３】
ｎ＞５
ｘ＝０〜５。
【００８７】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８８】
【化１４】
ｘ＝０〜１７
ｎ＞５
Ｒ＝Ｈまたはアルキル鎖。
【００８９】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００９０】
【化１５】
ｎ＞５
Ｒ２＝Ｈまたは任意のアルキル鎖、例えばメチル
ｘ、ｙ＝１〜６
Ｒ１＝任意のアルキル鎖、
【００９１】
【化１６】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００９２】
【化１７】
ｎ＞３
Ｒ１＝任意のアルキル鎖。
【００９３】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーおよび究極的に式（ＩＩ）の双性イオンポリマーを作製するために有用である、式（ＩＩＩ）の３つの代表的なカチオン性モノマーを図１に例示する。図１を参照すると、カチオン性カルボキシベタインエステル基を運ぶペンダント基を有する、３つの正荷電のポリアクリルアミドを例示する。３つのモノマーは、第四級アンモニウム基（カチオン性中心）とエステル（加水分解性）基：ＣＢＡＡ−１−エステル（ｎ＝１）；ＣＢＡＡ−３−エステル（ｎ＝３）；およびＣＢＡＡ−５−エステル（ｎ＝５）との間に、異なるスペーサー基（Ｌ２：−（ＣＨ２）ｎ−）を有する。モノマーの重合は、対応するカチオン性ポリマーを提供する。３つのモノマーは、線状ポリマーを形成するフリーラジカル重合を用いて、または、ＳＰＲセンサーにポリマーブラシを調製する表面開始ＡＴＲＰを用いて重合させた。異なるスペーサー基（Ｌ２）およびエステル基を有するポリマーは、異なる化学的、物理的および生物学的特性を有すると予想された。３つのモノマーの合成およびそれらの重合を、実施例１に記載する。
【００９４】
フリーラジカル重合を通して重合された線状ポリマーについては、それらの分子量は、水溶液でゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定した。ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルは、それぞれ、１４ｋＤａ、１３ｋＤａおよび９．６ｋＤａの平均分子量であった。
【００９５】
カチオン性ポリマーの加水分解は、双性イオンポリマー（すなわち、双性イオンポリカルボキシベタイン）を提供する。本発明の代表的なカチオン性ポリマーの加水分解は、実施例２で記載し、図２で図示する。図２で、ｎは１、３または５である（それぞれ、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルに対応する）。３つのカルボキシベタインエステルポリマーを異なる水酸化ナトリウム濃度の下で溶解し、それらの加水分解挙動を研究した。しばらくして、１Ｈ ＮＭＲを用いてポリマーの上に保持されているエステル基を測定することによって、ポリマーの加水分解速度を分析した。すべての３つのポリマーは水中で安定であり、４日後に明白な加水分解は検出されなかった。ＮａＯＨの濃度は、カルボキシベタインエステルポリマーの加水分解のために重要である。図３は、ＮａＯＨの３つの異なる濃度で１時間処理した後の、ポリＣＢＡＡ−３−エステルのＮＭＲスペクトルを図示する。１０ｍＭの濃度のＮａＯＨ溶液については、わずかな加水分解が検出されただけであった（約３％）。１００ｍＭ ＮａＯＨ溶液については、約８２％のポリマーが加水分解された。１ＭのＮａＯＨ濃度については、ポリマーは１時間で完全に加水分解された。図４は、時間の関数としての、１００ｍＭまたは１０ｍＭのＮａＯＨの下での加水分解速度をグラフ化する。図４を参照すると、これらの２つのＮａＯＨ濃度の下で、ほとんどの加水分解は最初の１時間で起こる。その後、加水分解速度は時間とともにわずかに変化する。
【００９６】
上記したように、本発明において有用であるカチオン性ポリマーの加水分解速度は、それらの構造を修飾することによって制御することができる。異なる加水分解挙動を得るために、エステル基（加水分解性基）、スペーサー基（Ｌ１およびＬ２）および対イオン（Ｘ−）などの様々な構造パラメータを有するカチオン性ポリマー。加水分解挙動は、ポリマー分子量を変えること、または他のモノマーと共重合することによって制御することもできる。加水分解性エステル基（例えばｔ−ブチルおよびアルキル置換シリル）または無水物基は、酸性または塩基性の条件下で容易に加水分解することができる。第四級アンモニウム基（カチオン性中心）とエステル（加水分解性）基との間のスペーサー基（Ｌ２：−（ＣＨ２）ｎ−）を変えることも、加水分解速度を調整することができる。短いスペーサーは、加水分解速度を増加させることができる。さらに、親水性のアニオン（例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＳＯ４）などの対イオンも加水分解速度を増加させ、低いポリマー分子量および他の親水性モノマーとの共重合も、加水分解速度を増加させるのを助ける。
【００９７】
タンパク質吸着
本発明の加水分解性カチオン性ポリマーは、ポリマーで処理された表面へのタンパク質吸着の低減で有効な物質として、有利に用いることができる。カチオン性ポリマーは、低汚染性表面を調製するために用いることができる。これらの表面は、装置表面へのタンパク質吸着が有害である環境での装置のために、有利に使用することができる。
【００９８】
低いタンパク質吸着を有する表面の提供における本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの有用性を証明するために、実施例３に記載の代表的なカチオン性ポリマーからポリマーブラシを調製し、それらのタンパク質吸着を測定した。
【００９９】
３つのモノマー（ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステル）を、表面開始ＡＴＲＰを用いてＳＰＲセンサーの表面に移植した。ＸＰＳ分析からの推定で、ポリマーブラシは、厚さが５〜２０ｎｍであった。３つのポリマーブラシの上の１ｍｇ／ｍＬフィブリノーゲン溶液からのタンパク質吸着を、ＳＰＲを用いて測定した。フィブリノーゲンは粘着性のタンパク質で、医用材料の上での血小板凝集および血液凝固で重要な役割を演ずる。ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルのフィブリノーゲン吸着は、それぞれ１９５ｎｇ／ｃｍ２、２５５ｎｇ／ｃｍ２および６００ｎｇ／ｃｍ２であった（図５Ａ〜５Ｃを参照）。全３つのポリマーは、それらの正電荷のために明白なタンパク質吸着を有する。ポリＣＢＡＡ−１−エステルは、より疎水性のＬ２（すなわち、それぞれＣ３およびＣ５）を有する他の２つのエステルと比較してそのより高い親水性のために、比較的より低いフィブリノーゲン吸着を有した。メチレンからプロピレン、さらにペンチレンへのＬ２の増加に伴い、ポリマーの疎水性が増加し、より高いフィブリノーゲン吸着をもたらす。
【０１００】
１００ｍＭで１〜２時間の加水分解の後、表面特性は劇的に変化した。図５Ａ〜５Ｃは、３つのポリマーの各々を移植した表面が、フィブリノーゲン吸着に高度抵抗性である表面に変換されたことを示す。加水分解されたポリＣＢＡＡ−１−エステルおよび加水分解されたポリＣＢＡＡ−３−エステルを有する表面では、フィブリノーゲン吸着はＳＰＲの検出限界である０．３ｎｇ／ｃｍ２未満である。加水分解されたポリＣＢＡＡ−５−エステルの上でのフィブリノーゲン吸着は、約１．５ｎｇ／ｃｍ２であった。加水分解を制御することによって、ポリマー移植表面は、高タンパク質吸着からタンパク質吸着高抵抗性にそれらの特性を変えることができる。さらに、加水分解後に生じた双性イオンポリマーを有する表面は生体適合性であり、血液血漿／血清および細菌接着／ビオフィルム形成からの非特異的タンパク質吸着に高度抵抗性である。
【０１０１】
抗微生物特性
本発明において有用である加水分解性カチオン性ポリマーは、抗微生物性特性を示す。本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの抗微生物性特性の評価は、実施例４では記載される。
【０１０２】
カチオン性ポリカルボキシベタインエステルの抗微生物特性を評価するために、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルのポリマー溶液を、Ｅ．ｃｏｌｉとインキュベートした。２ｍＭの濃度（反復単位モル濃度）で、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルは、それぞれ９５％、８７．３％および４６．２％の生細胞割合を示すことが判明した（図６を参照）。抗微生物活性は、Ｌ２の長さの増加と一緒に増加するようである。加水分解後、双性イオンポリマー、ポリＣＢＡＡ−１、ポリＣＢＡＡ−３およびポリＣＢＡＡ−５は、それぞれ、９３．７％、９６．３％および９５．３％の生細胞割合を示し、抗微生物活性は、双性イオンポリマー（すなわち、ポリカルボキシベタイン）へのカチオン性ポリマー（すなわち、ポリカルボキシベタインエステル）の加水分解に従って低下することを示す。
【０１０３】
いくつかの両親媒性ポリカチオンを、それらの抗細菌活性について調査した。異なるポリカチオンの殺菌効率を比較するために、ポリカチオンのアルキルペンダント鎖長を調べた。第四級アミン基およびより長い疎水性ペンダント鎖を有するポリマーは、より高い疎水性のためにより良好な抗微生物活性を有することが分かる。カルボキシベタインエステルを有する小分子第四級アンモニウム化合物（ＱＭＣ）は、それらがより長い炭化水素基を有する場合、速やかな殺菌作用を有することが見出された。これらのＱＭＣは、腸内細菌の外膜および細胞質膜に結合し、細菌の膜内に浸透することができた。抗微生物効果は、本発明のカチオン性ポリマー（例えば、ポリカルボキシベタインエステル）のスペーサー長（Ｌ２）を増加させることで高まる。
【０１０４】
ポリＣＢＡＡ−５−エステルの抗微生物効力は、類似したアルキル鎖長を有する他の四級化ポリマーのそれと同等である。より高い抗微生物効力は、より長いアルキル鎖長（例えば、Ｃ１〜Ｃ２０）で達成することができる。
【０１０５】
従来の抗微生物性コーティングについては、死滅微生物および吸着タンパク質が表面に通常集積し、それらの抗微生物活性を劇的に低下させる。対照的に、本発明において有用であるカチオン性ポリマーから作製される抗微生物性コーティングは、双性イオンポリマーに加水分解され、様々な生体分子の吸着に高度抵抗性である表面を提供する。これらの双性イオンポリマーは、バルク材としておよび表面コーティングとして、無毒性、生体適合性および非汚染性である。
【０１０６】
本発明において有用である代表的な架橋双性イオンポリマー、ポリカルボキシベタインヒドロゲルは、無細胞傷害性で、カブトガニの血球溶解成分（ＬＡＬ）エンドトキシンアッセイキット（Ｃａｍｂｒｅｘ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ、Ｗａｌｋｅｒｖｉｌｌｅ、ＭＤ）を用いると、０．０６単位（ＥＵ）／ｍＬ未満のエンドトキシンを含む。ポリカルボキシベタインヒドロゲルは、最高４週間の間マウスの皮下に移植した。結果は、ポリカルボキシベタインが、移植のためによく受け入れられているモデルの医用材料であるポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）（ポリＨＥＭＡ）ヒドロゲルのそれと同等のインビボ生体適合性を有することを示した。双性イオンポリマーの無毒特性は、それらのカチオン性ポリマー前駆体の毒性を変換し、死滅微生物および吸着タンパク質が表面に集積することを防止することができる非汚染特性をさらに提供する。
【０１０７】
切替可能なポリマーコーティングおよび船舶コーティングでのそれらの使用
双性イオンポリマーに加水分解性である本発明で有用なカチオン性ポリマーは、例えば船舶コーティングを含む様々な装置の表面のコーティングとして、有利に用いることができる。この実施形態では、本発明で有用なカチオン性ポリマーは、自己研磨性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面を提供する。
【０１０８】
図７は、自己研磨性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面の略図である。図７を参照すると、抗微生物性表面（ａ）は、細菌を効果的に死滅させる本発明の代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、図８を参照）でコーティングした表面である。加水分解の際（ｂ）、代表的なカチオン性ポリマーは非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２エステルに対応するカルボキシレート）に変換され、表面にとどまっている死細菌は非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１）から放出され（ｃ）、双性イオンポリマーでコーティングされている表面を提供し、それは、細菌接着に高度抵抗性である（ｄ）。
【０１０９】
上記の物質は、生体適合性、抗微生物性および非汚染性の表面を提供するために船舶表面をコーティングするために、有利に用いられる。したがって、別の態様では、本発明は、上記の１つまたは複数の物質が塗布された（例えば、コーティング、共有結合、イオン的に結合、疎水的に結合した）表面（すなわち、１つまたは複数の表面）を有する船舶装置および材料を提供する。物質で有利に処理すること、物質を含むように修飾することができ、または物質を組み込む代表的な海洋装置には、海洋船舶（例えば、ボートまたは船体）が含まれる。
【０１１０】
上記のように、一実施形態では、本発明は、非汚染性表面の利点を組み合わせ、１時間で９９．９％を超えるＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｋ１２を死滅させることができ、カチオン性誘導体が非汚染性双性イオンポリマーに加水分解されると死菌の９８％が放出される、切替可能なポリマー表面コーティングを提供する。ｐＣＢＭＡ−１−Ｃ２（式（Ｉ）のカチオンポリマーであって、式中、Ｌ１は−Ｃ（＝Ｏ）ＯＣＨ２ＣＨ２−であり、Ｌ２は−ＣＨ２−であり、ＲｃはＣＨ２ＣＨ３であり、Ｘ−はＢｒ−である）対照コーティングを、表面開始原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって、イニシエーターで被覆された金表面に移植した。得られたポリマーコーティングの、原子間力鏡検（ＡＦＭ）によって測定した厚みは、２６〜３２ｎｍであった（表１）。
【０１１１】
【表１】
ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面の殺菌活性は、修正した文献方法（Ｔｉｌｌｅｒら、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ９８巻：５９８１頁、２００１年）に従ってＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２を用いて測定した。恒久カチオン性ポリ（メタクリロイルオキシエチル−ジメチルオクチルアンモニウムブロミド）（ｐＣ８ＮＭＡ、カチオン対照、図８を参照）、および双性イオンポリ（２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−［２’−（メタクリロイルオキシ）エチル］エタナミニウム）（ｐＣＢＭＡ−２、双性イオン対照、図８を参照）を、それぞれ陽性対照および陰性対照の表面として用いた。抗微生物効果は、ｐＣＢＭＡ−２表面のそれらと比較した、試験表面の生細胞の量と定義された。図９は、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡ表面が、ｐＣＢＭＡ−２表面と比較して、１時間でそれぞれ９９．９％および９９．６％を超えるＥ．ｃｏｌｉを死滅させることを示す。陰性対照表面としても用いられた金表面の生細菌細胞の総数は、ｐＣＢＭＡ−２表面のそれに類似している。
【０１１２】
Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２の付着および放出は、加水分解の前後にｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面で試験した。カチオン性ｐＣ８ＮＭＡおよび双性イオンｐＣＢＭＡ−２は、それぞれ陰性および陽性の非汚染性対照表面として、また、それぞれ陽性および陰性の抗微生物性対照表面として用いた。図１０Ａ〜１０Ｆは、加水分解の前に大量の細菌がカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡ表面に付着したが、双性イオンｐＣＢＭＡ−２表面には極めて少ない細菌細胞しか付着しなかったことを示す。ｐＣ８ＮＭＡと対照的に、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は加水分解の後に大多数の細胞を放出したが、ｐＣＢＭＡ−２は非汚染のままであった。図１１は、加水分解の前後に全３つのポリマー表面にとどまっていた細菌細胞の量の定量データを示す。加水分解の前にはカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの両方の表面に類似した量の細菌残留物があったが、ｐＣＢＭＡ−２表面の付着細胞の量は、カチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの両方の表面のそれの０．３％未満である。細菌残留物の放出を試験するために、３つの表面をＮ−シクロヘキシル−３−アミノプロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）緩衝液（１０ｍＭ、ｐＨ１０．０）に３７℃で８日間インキュベートした。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面はポリ（Ｎ−（カルボキシメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−［（２−メチル−１−オキソ−２−プロペン−１−イル）−オキシ］エタナミニウム）（ｐＣＢＭＡ−１）に加水分解され、死細菌細胞の９８％が放出された。対照的に、ｐＣ８ＮＭＡ表面では死細胞の放出は観察されなかった（ｐ＞０．１）が、ｐＣＢＭＡ−２表面は非常に低い細菌接着を保持した。
【０１１３】
付着細菌細胞の放出は、双性イオンｐＣＢＭＡ−１へのカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２の変換に依存する。ベタインエステルの加水分解速度は、いくつかの因子、例えば第四級アミンとカルボキシル基間のスペーサー（Ｌ２）の長さ、加水分解性基の性質、温度およびｐＨ値によって影響される。用いたエステル基のポリマー鎖の大多数が加水分解された。ベタインエステルの加水分解速度は、細菌細胞およびタンパク質が表面に付着した後にも、より遅い。１つのメチレンスペーサー（Ｌ２）を有するｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２を選択し、実験温度は、速い加水分解速度を達成し、生理的に関連した温度を提供するために３７℃に設定した。タンパク質吸着結果（表２を参照）は、清潔なカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面は、３７℃およびｐＨ１０．０でわずか２４時間後に非汚染性双性イオン表面に加水分解されたが、非汚染性表面を形成し、１０７個の細胞・ｍＬ−１のＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２懸濁液からの細菌の付着の後に細菌残留物を放出するのに、４８時間を必要とすることを示した。１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液から細菌細胞がｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面に付着した場合、同じ加水分解条件の下で付着細菌の放出に８日を要した。
【０１１４】
表面の非汚染性特性を測定するために、様々な表面への非特異的タンパク質吸着を、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーで測定した（表２を参照）。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２および対照表面の加水分解条件を、ＳＰＲセンサーによりインシトゥで調査した。図１２Ａおよび１２Ｂは、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２および対照表面へのフィブリノーゲンの経時的吸着の、代表的なＳＰＲセンサーグラムを示す。加水分解前のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２へのフィブリノーゲン吸着は、２２９．２ｎｇ・ｃｍ−２であった。ＣＡＰＳ緩衝液（ｐＨ１０．０）との２４時間のインキュベーションの後、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面への測定可能なタンパク質吸着はなかったが、そのことは、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２が非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１に完全に加水分解されることを示した。対照的に、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２の加水分解は、水またはＮ−シクロヘキシル−２−アミノエタンスルホン酸（ＣＥＨＳ）緩衝液（ｐＨ９．０）のいずれでの２４時間のインキュベーションの後にも完全でなかった。図１２Ｂに示すように、表面を３７℃で２４時間ＣＡＰＳ緩衝液（ｐＨ１０．０）とインキュベートした前後に、高いフィブリノーゲン吸着がｐＣ８ＮＭＡ表面で観察された。しかし、同一条件下でも、ｐＣＢＭＡ−２表面は優れた非汚染特性を示し、２ｎｇ・ｃｍ−２未満のフィブリノーゲン吸収であった。この結果は、得られた双性イオン表面がタンパク質吸着に高度抵抗性であって、超低汚染性表面として適格であることを示す。
【０１１５】
この実施形態では、本発明は、抗微生物性および非汚染性の特性を組み込み、生体適合性である切替可能なポリマー表面を提供する。代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡの前駆体）は、細菌細胞を効果的に死滅させることができ、加水分解後に双性イオン非汚染性表面に切り替わり、死細菌細胞を放出する。さらに、生じた非汚染性双性イオン表面は、さらにタンパク質および微生物の付着を防止することができ、表面でのビオフィルムの形成を減少させることができる。抗微生物性から非汚染性表面への切替可能な過程は、適用の特定の要件のために、これらのポリマーの加水分解速度の調節を通して調整することができる。
【０１１６】
上記のように、本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、疎水性の対イオンまたは治療活性（例えば、抗微生物性または抗細菌性の活性）を有する対イオンを含むことができる。サリチル酸対イオン（ポリＣＢＭＡ−１ Ｃ２）を有する代表的なポリマーは、図１３に例示するモノマー：ＣＢＭＡ−１ Ｃ２（「１」は２つの荷電基の間の１つの炭素を示し、「Ｃ２」はＣ２エステルを示す）から調製することができる。その対イオンとしてサリチル酸（ＳＡ）を加えたポリＣＢＭＡ−１ Ｃ２ヒドロゲルは、１ｍＭ ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡモノマー（図面１３）を、１ｍｌの溶媒（エチレングリコール：水：エタノール＝１：２：１）中で０．０５ｍＭテトラエチレングリコールジメタクリレートと６５℃で２時間共重合することによって調製した。生じたヒドロゲルは、脱イオン水に１２時間浸した。ヒドロゲルは、直径１ｃｍの円形ディスクに切断した。次に、ヒドロゲルディスクを、異なるｐＨおよびイオン強度の溶液に移し、２５℃または３７℃でインキュベートした。異なる時点で、水相を完全に除去し、新しい溶液を加えた。水相へのＳＡの放出は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって測定した。ＳＡの放出速度は、時間で割った放出されたＳＡの量（ｍｇ／ｈ）と定義される。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡヒドロゲルからのＳＡの放出速度は、温度、イオン強度およびｐＨによって決まる。図１４および図１５は、より高いｐＨがＳＡの放出を促進し、より高いイオン強度がＳＡの放出速度をわずかに増加させることができることを示した。図１４および図１５を比較することによって、上昇温度が水およびリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）中でＳＡのより速い放出をもたらすことが観察される。ＳＡの放出速度は、すべての条件で時間の関数として低下する。
【０１１７】
双性イオンポリマーに加水分解性である本発明で有用なカチオン性ポリマーは、例えばボートおよび船体を含む様々な海洋装置の表面のコーティングまたはコーティング成分として、有利に用いることができる。この実施形態では、本発明で有用なカチオン性ポリマーは、自己滅菌性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面を提供する。船舶コーティングとして塗布されるカチオン性ポリマーは、海水と接触すると、親水性の非汚染性コーティング（双性イオンコーティング）に変換する。
【０１１８】
図７は、自己滅菌性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面の略図である。図７を参照すると、抗微生物性表面（ａ）は、本発明の代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、図８を参照）でコーティングした表面である。加水分解の際（ｂ）、代表的なカチオン性ポリマーは非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２エステルに対応するカルボキシレート）に変換され、双性イオンポリマーでコーティングされている表面を提供し、それは、細菌接着に高度抵抗性である（ｄ）。
【０１１９】
船舶コーティング用途では、官能的脱離／加水分解性基または官能的対イオンが特に有用である。これらの実施形態では、脱離／加水分解性基および／または対イオンは、有利には抗菌剤または殺生物剤である。本発明の船舶コーティング組成物は、殺生物剤の保存および放出に有効である。
【０１２０】
本発明は、長期塗布のための非汚染性船舶コーティングを提供する。これらの耐久性、非汚染性船舶コーティングは、海水との接触後、最外層が自己研磨性である。コーティングは、汚染放出または汚染防止技術と組み合わせてもよい。
【０１２１】
一実施形態では、船舶コーティングは、対イオンＸ−のための疎水性イオンを有する、本発明で有用なカチオン性ポリマーを含む。この実施形態では、非汚染性船舶コーティングは、以下のポリマーの１つまたは複数を含む：（１）カチオン性ホモポリマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製されるポリマー）；（２）本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンもしくは疎水性のモノマーの共重合によって調製される共重合体；ならびに、（３）混合荷電モノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製される共重合体。
【０１２２】
代表的なカチオン性ホモポリマーには、本発明で有用な上記カチオン性ポリマーならびに下の式（ＩＶ）および（Ｖ）のカチオン性ホモポリマーが含まれる。
【０１２３】
【化１８】
式（ＩＶ）のカチオン性ポリマーは、ポリマー骨格に結合されるペンダント基にカチオン性中心を有する。式（Ｖ）のカチオン性ポリマーは、ポリマー骨格にカチオン性中心を有する。
【０１２４】
式（Ｖ）および（ＶＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリル、アルキル銅、およびアルキル亜鉛から選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；Ｙは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート、ナイトレート、パークロレート（ＣｌＯ４）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４）、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（Ｎ［ＳＯ２ＣＦ３］２）、トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレート（Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−）、Ｃ１〜Ｃ２０スルホネート（Ｒ−ＳＯ３−）、ラクテート、サリチレートおよびそれらの誘導体であり；ｎは、５〜約１００，０００である。
【０１２５】
本発明で有用な、疎水性の対イオンを有する式（ＩＶ）を有する代表的なカチオン性ホモポリマーの調製、ならびにそれらの自己研磨および非汚染性特性を、実施例５に記載する。式（ＩＶ）を有する本発明で有用な代表的なカチオン性ポリマーの水溶性を、表２に要約する。
【０１２６】
【表２】
本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンモノマーの共重合によって調製される代表的共重合体には、下の式（ＶＩ）の共重合体が含まれる。
【０１２７】
【化１９】
混合荷電モノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製される代表的共重合体には、下の式（ＶＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１２８】
【化２０】
式（ＶＩ）および（ＶＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリル、アルキル銅、およびアルキル亜鉛から選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；ｋは、１〜１０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；Ｙは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート、ナイトレート、パークロレート（ＣｌＯ４）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４）、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（Ｎ［ＳＯ２ＣＦ３］２）、トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレート（Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−）、Ｃ１〜Ｃ２０スルホネート（Ｒ−ＳＯ３−）、ラクテート、サリチレートおよびそれらの誘導体であり；ｎは、５〜約１００，０００であり、ｑは、５〜約１００，０００である。
【０１２９】
別の実施形態では、船舶コーティングは、結合剤ポリマーを含有するマトリックスに含まれる双性イオン（親水性）および疎水性の共重合体から形成されるナノ粒子を含む。ナノ粒子は、双性イオンおよび疎水性のブロックを有するブロック共重合体から、または、双性イオンモノマーと疎水性モノマーとのランダム共重合から形成される。ナノ粒子は、非汚染性船舶コーティング組成物として、加水分解性ポリマーを含む結合剤ポリマーと混合することができる。結合剤ポリマーは、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物またはそれらの修飾されたポリマーから選択される。
【０１３０】
双性イオンおよび疎水性のブロックを有することによって調製される代表的な共重合体、または双性イオンおよび疎水性のモノマーの共重合によって調製されるランダム共重合体には、下記の式（ＶＩＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１３１】
【化２１】
式（ＶＩＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は、各出現時、水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルから選択され；ｍは、１〜２０の整数であり；ｐは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｎは、５〜約１００，０００であり、ｑは、５〜約１００，０００である。
【０１３２】
式（ＶＩＩ）を有する、本発明で有用な代表的なカチオン性共重合体の調製、およびそれらの非汚染性特性を、実施例６で記載する。
【０１３３】
さらなる実施形態では、船舶コーティングは、双性イオンおよびフッ素含有および／またはシリコーンポリマーを含む両親媒性ポリマーを含む。両親媒性ポリマーは、双性イオンモノマー単位または基を組み合わせるフッ素含有または／およびシリコーンポリマーを含む。
【０１３４】
シリコーン主鎖に付属するペルフルオロアルキル基を含有する移植された双性イオン側鎖を有する代表的な両親媒性ポリマーには、下の式（ＩＸ）および（Ｘ）の共重合体が含まれる。
【０１３５】
【化２２】
式（ＩＸ）および（Ｘ）のポリマーについては、Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；ｐは、１〜２０の整数であり；ｑは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｍは、５〜約１００，０００であり、ｎは、２〜約１００，０００である。一実施形態では、ｐは、１〜１０の整数である。一実施形態では、ｑは、１〜１０の整数である。
【０１３６】
シロキサン骨格に移植されたフッ化双性イオンペンダント基を有する本発明の代表的なポリマーの調製を、実施例７に記載する。
【０１３７】
ポリマー骨格に付いているペルフルオロアルキル基を含有する移植された双性イオン側鎖を有する代表的な両親媒性ポリマーには、下の式（ＸＩ）および（ＸＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１３８】
【化２３】
式（ＸＩ）および（ＸＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；ｋは、１〜２０の整数であり；ｉは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｎは５〜約１００，０００であり、ｑは５〜約１００，０００である。
【０１３９】
上記のように、非汚染性船舶コーティングは、以下のポリマーの１つまたは複数を含む：（１）カチオン性ホモポリマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製されるポリマー）；ならびに（２）本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンもしくは疎水性のモノマーの共重合によって調製される共重合体。これらの実施形態のために、双性イオンモノマーは、重合可能なカルボキシベタイン、重合可能なスルホベタイン、重合可能なホスホベタインおよび他の重合可能な双性イオン化合物から独立に選択される。双性イオンモノマーの加水分解性前駆体は、加水分解の際に双性イオン基を提供する加水分解性官能基を含む重合可能なカチオン性モノマーから選択される。上記の重合可能なカチオン性モノマーの対イオンは、親水性および／または疎水性のアニオン、それらの混合物またはそれらの修飾された親水性および／または疎水性のアニオンから選択される。混合荷電モノマーは、正荷電カチオン性部分および負荷電アニオン性部分を有する重合可能なモノマーから選択される。混合荷電モノマーは、混合荷電ポリマーに加水分解することができる、混合荷電モノマー単位の加水分解性前駆体から選択される。上記ポリマーの骨格は、アクリルポリマー、アクリルアミドポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物またはそれらの修飾されたポリマーから選択することができる。
【０１４０】
本発明の船舶用組成物は、他の汚染放出物質（例えば、シリコーンおよび／またはフッ素含有コーティング材）および／または汚染防止物質（例えば、金属化合物または殺生物剤）をさらに含むことができる。
【０１４１】
以下の実施例は、請求される発明を限定するのではなく、例示するために提供される。
【実施例】
【０１４２】
（実施例１）
代表的なカチオン性ポリマーの合成および特性評価
材料。Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（＞９８％）を、ＴＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｐｏｒｔｌａｎｄ、ＯＲから購入した。ブロモ酢酸メチル（９７％）、エチル４−ブロモ酪酸（≧９７．０％）、エチル６−ブロモヘキサン酸（９９％）、臭化銅（Ｉ）（９９．９９９％）、臭化ブロモイソブチリル（ＢＩＢＢ９８％）、１１−メルカプト−１−ウンデカノール（９７％）および２，２’−ビピリジン（ＢＰＹ９９％）、および２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオニトリル）（ＡＩＢＮ９８％）を、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。フィブリノーゲン（ウシ血漿からの分画Ｉ）およびリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４、０．１５Ｍ、１３８ｍＭ ＮａＣｌ、２．７ｍＭ ＫＣｌ）を、Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から購入した。エタノール（無水２００プルーフ）は、ＡＡＰＥＲ Ａｌｃｏｈｏｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から購入した。実験で用いた水は、ミリポア純水装置を１８．０ＭΩ．ｃｍの最小比抵抗で用いて精製した
ω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレート（１）を、Ｉｌｋｅｒ， Ｍ． Ｆ．；Ｎｕｅｓｓｌｅｉｎ， Ｋ．；Ｔｅｗ， Ｇ． Ｎ．；Ｃｏｕｇｈｌｉｎ， Ｅ． Ｂ．、「Ｔｕｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｈｅｍｏｌｙｔｉｃ ａｎｄ Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ Ａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃ Ｐｏｌｙｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ１２６巻（４８号）：１５８７０〜１５８７５頁、２００４年に記載の方法を用いて、ＢＩＢＢおよび（２）の反応を通して合成した。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＣＤＣｌ３）： ４．１５ （ｔ， Ｊ＝６．９， ２Ｈ， ＯＣＨ２）， ２．５１ （ｑ， Ｊ＝７．５， ２Ｈ， ＳＣＨ２）， １．９２ （ｓ， ６Ｈ， ＣＨ３）， １．５７−１．７２ （ｍ， ４Ｈ， ＣＨ２）， および１．２４−１．４０ （ｍ， １６Ｈ， ＣＨ２）．
カチオン性モノマー合成
ＣＢＡＡ−１−エステル：（２−カルボキシメチル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、メチルエステル。
【０１４３】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（２５ｍｍｏｌ）、ブロモ酢酸メチル（３７．５ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、室温で６時間、窒素雰囲気の下で撹拌した。沈殿物を収集し、約５００ｍＬの無水アセトンで洗浄した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、白色粉末（９６％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： ２．０２ （ｍ， ２Ｈ， −ＣＨ２−）， ３．２５ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．３７ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｎ＋）， ３．５８ （ｍ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｎ）， ３．７９ （ｓ， ３Ｈ， Ｏ−ＣＨ３）， ４．２９ （ｓ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ５．７７ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．１９ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２３ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
ＣＢＡＡ−３−エステル：（４−カルボキシプロピル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、エチルエステル。
【０１４４】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（５０ｍｍｏｌ）、エチル４−ブロモブチレート（６０ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、室温で３日間、窒素雰囲気の下で撹拌した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、無色油（９２％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）：１．２２ （ｔ， ３Ｈ ＣＨ３）， ２．００ （ｍ， ４Ｈ， Ｃ−ＣＨ２−Ｃ）， ２．４７ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ３．０６ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．２８−３．３５ （６Ｈ， ＣＨ２−ＮおよびＣＨ２−Ｎ＋−ＣＨ２ ）， ４．１４ （ｑ， ２Ｈ， Ｏ−ＣＨ２）， ５．７５ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．１９ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２６ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
ＣＢＡＡ−５−エステル：（６−カルボキシペンチル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、エチルエステル。
【０１４５】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（５０ｍｍｏｌ）、エチル６−ブロモヘキサノエート（５５ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、４５℃で５日間、窒素雰囲気の下で撹拌した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、わずかに黄色を帯びた油（８７％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： １．２０ （ｔ， ３Ｈ ＣＨ３）， １．３４ （ｍ， ２Ｈ， Ｃ−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−Ｃ）， １．６０−１．７２ （４Ｈ， Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ）， ２．００ （ｍ， ２Ｈ， Ｎ−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−Ｎ）， ２．３４ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ３．０４ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．２４−３．３７ （６Ｈ， ＣＨ２−ＮおよびＣＨ２−Ｎ＋−ＣＨ２）， ４．１２ （ｑ， ２Ｈ， Ｏ−ＣＨ２）， ５．７５ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．２０ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２４ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
代表的なカチオン性ポリマーの合成
表面開始ＡＴＲＰ。３つのモノマー、ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステルを、表面開始ＡＴＲＰを用いて金コーティングＳＰＲセンサーチップまたは金コーティングシリコンチップに移植した。ポリマーブラシの調製および特性評価は、Ｚｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｃｈａｎｇ， Ｙ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｇｒａｆｔｅｄ Ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｖｉａ Ａｔｏｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｓ Ｓｕｐｅｒｌｏｗ Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ１１０巻（２２号）：１０７９９〜１０８０４頁、２００６年、およびＺｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｄｕａｌ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ： Ｎｏｎｆｏｕｌｉｎｇ Ｐｏｌｙ（ｃａｒｂｏｘｙｂｅｔａｉｎｅ） Ｗｉｔｈ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ」、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ７巻（１２号）：３３１１〜３３１５頁、２００６年に記載される。過去の刊行物。簡潔には、ＣｕＢｒ（１ｍｍｏｌ）およびＢｒ−チオールＳＡＭを有するＳＰＲチップまたは金ディスクを、窒素パージした反応試験管に入れた。ＣＢＡＡエステル（６．５ｍｍｏｌ）を有する脱気溶液（１：１の容量比の純水およびメタノール、１０ｍＬ）およびＢＰＹ（２ｍｍｏｌ、５ｍＬの脱気したメタノール中）を、注射器で試験管に移した。窒素の下で１時間を超える反応の後、ＳＰＲチップまたは金ディスクを取り出し、エタノール、水およびＰＢＳ溶液で洗浄した。試料は、試験の前にＰＢＳ溶液で保存した。
【０１４６】
ポリマー合成および特性評価
メタノール中の約０．３ＭのＣＢＡＡ−１−エステル溶液を、窒素で３０分間パージした。次に、イニシエーターとして３モル％ＡＩＢＮを用いて、窒素下６０℃で約４８時間重合を実施して、ポリＣＢＡＡ−１−エステルを提供した。ポリＣＢＡＡ−３−エステルまたはポリＣＢＡＡ−５−エステルの調製のために、溶媒としてエタノールを用いて同様の方法を適用した。ポリマーをエチルエーテルで洗浄し、次に溶媒を除去した。ポリマーの構造は、ＮＭＲで確認した。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： ポリＣＢＡＡ−１−エステル： １．６２ （ｂｒ， ２Ｈ）， ２．０５ （ｂｒ， ３Ｈ）， ３．２５−３．３２ （ｂｒ， ８Ｈ）， ３．６２ （ｂｒ， ２Ｈ）， ３．８３ （ｓ， ３Ｈ）， ４．３８ （ｓ， ２Ｈ）； ポリＣＢＡＡ−３−エステル １．２１ （ｔ， ３Ｈ）， １．６１ （ｂｒ， ２Ｈ）， ２．０４ （ｂｒ， ５Ｈ）， ２．５０ （ｔ， ２Ｈ）， ３．３７ （ｂｒ， ６Ｈ）， ３．１２ （ｓ， ６Ｈ）， ４．１４ （ｑ， ２Ｈ）； ポリＣＢＡＡ−５−エステル： １．２２ （ｔ， ３Ｈ）， １．３７ （ｍ， ２Ｈ）， １．６２−１．８０ （ｂｒ ｍ， ６Ｈ）， ２．０１ （ｂｒ， ３Ｈ）， ２．３９ （ｔ， ２Ｈ）， ３．０３ （ｓ， ６Ｈ）， ３．２４ （ｂｒ ｍ， ６Ｈ）， ４．１２ （ｑ， ２Ｈ）．
線状ポリＣＢＡＡの分子量は、Ｗａｔｅｒｓ Ｕｌｔｒａｈｙｄｒｏｇｅｌ １０００カラムを備えたＷａｔｅｒｓ Ａｌｌｉａｎｃｅ ２６９５ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ Ｍｏｄｕｌｅを用いて推定し、Ｗａｔｅｒｓ ２４１４ Ｒｅｆｌｅｘ Ｄｅｔｅｃｔｏｒで検出した。移動相は、０．５ｍＬ／分の流速の水溶液であった。器具およびカラムは、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓからのポリ（エチレンオキシド）標準で較正した。すべての測定は、３５℃で実施した。ポリマーの分子量は、ＷａｔｅｒｓからのＥｍｐｏｗｅｒ Ｐｒｏを用いて計算した。
【０１４７】
（実施例２）
代表的なカチオン性ポリマー加水分解
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、５０ｍｇ／ｍＬの濃度で、異なる濃度（１０ｍＭ、１００ｍＭおよび１Ｍ）のＮａＯＨ溶液に溶解させた。適当な時間の後、希ＨＣｌ溶液でポリマー溶液を中和し、水は減圧除去した。１Ｈ ＮＭＲ分光法（Ｄ２Ｏ）を実施し、変化していないエステル基の量を測定し、内部標準として他の非加水分解性ペンダント基と比較することによって、分解速度を測定した。結果を、図３に示す。
【０１４８】
（実施例３）
代表的なカチオン性ポリマーのタンパク質吸着および放出
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）によって、タンパク質吸着について評価した。
【０１４９】
タンパク質吸着は、波長調査に基づくカスタムメイドのＳＰＲセンサーで測定した。ＳＰＲチップをプリズムの基部に付着させ、屈折率マッチング流体（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）を用いて光学接触を確立した。２つの独立した並流チャネルを有する二重チャネル流動セルを用いて、実験の間、液体試料を封じ込めた。臑動ポンプ（Ｉｓｍａｔｅｃ）を利用して、流動セルの２つのチャネルに液体試料を送達した。ＰＢＳ（０．１５Ｍ、ｐＨ７．４）中の１．０ｍｇ／ｍＬのフィブリノーゲン溶液を、０．０５ｍＬ／分の流速で表面に流した。表面感受性ＳＰＲ検出器を用いて、リアルタイムでタンパク質−表面相互作用を監視した。表面濃度（単位面積質量）の変化を測定するために、波長シフトを用いた。結果を、図５Ａ〜５Ｃに示す。
【０１５０】
（実施例４）
代表的なカチオン性ポリマーの抗微生物特性
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、それらの抗微生物特性について評価した。
【０１５１】
ＬＢ寒天プレート上で、Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２を３７℃で一晩別々の純粋な培養で先ず培養し、次に、それを振盪させながら３７℃で２４時間インキュベートした。４℃で保存される場合、寒天プレート上の培養物は２週間にわたって用いることができる。数個のコロニーを用いて、２５ｍｌのＬＢ（２０ｇ／Ｌ）に接種した。これらの最初の培養物は、３７℃で振盪させながら１００ｒｐｍで１８時間インキュベートし、次に、２００ｍｌの適当な培地で各種の第二の培養物に接種するために用いた。第二の懸濁培養物が６００ｎｍで１．０の光学濃度に到達したとき、４℃で１０分間の８，０００×ｇでの遠心分離によって細菌を収集した。細胞ペレットを滅菌リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４）で３回洗浄し、その後、１０８個の細胞／ｍＬの最終濃度にＰＢＳで懸濁した。
【０１５２】
細菌細胞を含む培養物を、３０℃で前平衡させて振盪させた上記のポリマー懸濁液に加えたときに、代表的なポリマー溶液への細菌細胞の曝露を開始し、混合液を室温で３０分間インキュベートした。最終溶液は約１０８個の細胞／ｍＬのＥ．ｃｏｌｉ、および２ｍＭの反復単位Ｔ濃度を含み、それは、ポリマーの反復単位のモル濃度である（ＣＢＡＡおよびＣＢＡＡ−エステルの分子量に基づき約０．６〜０．７６ｍｇ／ｍＬ）。細菌をＬｉｖｅ／Ｄｅａｄ ＢａｃＬｉｇｈｔ（商標）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、ＵＳＡ）で染色し、その後、細菌懸濁液を０．２μｍ孔径のポリカーボネート膜フィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、ＵＳＡ）でろ過し、１００×油浸油レンズ付きのＮｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ ８０ｉに載せたＣＣＤ−ＣｏｏｌＳＮＡＰカメラ（Ｒｏｐｅｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．、ＵＳＡ）で直接観察した。生細胞および死細胞の数を、Ｃｈｅｎｇ， Ｇ．；Ｚｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｂｒｙｅｒｓ， Ｊ． Ｄ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ａｎｄ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２８巻（２９号）：４１９２〜４１９９頁、２００７年に記載のものと同じ顕微鏡で、ＦＩＴＣおよびローダミンフィルターを通してそれぞれ測定した。結果を、図６に示す。
【０１５３】
（実施例５）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：疎水性対イオンを有するカチオン性ポリマー
疎水性対イオンを有し、船舶コーティングの成分として有用である代表的なカチオン性ポリマーの調製が記載される。コーティングの加水分解、自己研磨および非汚染性特性も記載される。
【０１５４】
代表的なカチオン性モノマーおよびポリマー（すなわち、カルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーおよびポリマー）の調製および疎水性イオンによるイオン交換を、図１６に図示し、下に記載する。
【０１５５】
アルキルクロロアセテート。溶媒として硫酸およびベンゼンの存在下で、クロロ酢酸を対応するアルキルアルコールと一晩還流することによってアルキルクロロアセテートを調製した。得られたクロロ酢酸のエステルを減圧蒸留によって精製して、約７０〜９５％の収率で得た。
【０１５６】
ドデシルクロロアセテート。１−ドデカノール（０．２モル、３７．２７ｇ）、クロロ酢酸（０．２モル、１８．９ｇ）、ベンゼン（２００ｍｌ）および硫酸（２ｍｌ）の混合物を、１２時間還流させた。反応の後、混合物を２５％Ｎａ２ＣＯ３（１００ｍｌ）で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、次に蒸発させ、残留した液体を減圧の下で蒸留し、９０％の収率で無色の油（ｂｐ １５０℃／３ｍｍＨｇ）を得た。
【０１５７】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（アルキルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド。Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（アルキルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリドのカチオン性化合物を、アルキルクロロアセテートおよび２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレートからほぼ量的収率で調製した。
【０１５８】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド。２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（０．０５モル、７．８６ｇ）（ドデシルクロロアセテート（０．０６モル、１５．７５ｇ）、アセトニトリル（５０ｍｌ）を、５０℃に２日間加熱した。反応の後、溶媒を蒸発させ、残留した化合物をエーテルで洗浄して、白色の固体を９８％収率で得た。
【０１５９】
疎水性イオンを有するＣＢＭＡ−エステルモノマー。疎水性のアニオンを有するカルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーを、複分解反応方法で合成した。
【０１６０】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレート。Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド（０．１モル、４１．９ｇ）、サリチル酸ナトリウム（０．１２モル、１９．２ｇ）および水（４００ｍｌ）の混合物を、５０℃に２日間加熱した。反応の後、混合物をクロロホルム（５００ｍｌ）で抽出し、クロロホルム抽出物を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過し、次に蒸発乾固させ、白色の固体、Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレートを９０％収率で得た。
【０１６１】
ＣＢＭＡ−エステルポリマー。カルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーを、フリーラジカル重合法によって重合させた。
【０１６２】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレートの重合。窒素ガスの保護の下で、モノマーＮ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ-ジメチルアンモニウムサリチレート（０．１モル、４６．４ｇ）を５００ｍｌフラスコに入れ、クロロホルム（２５０ｍｌ）を加えた。混合物を６５℃に１０分間加熱した後に、開始剤ＡＩＢＮ（２，２’−アゾ−ビス（イソブチロニトリル））（０．４７ｇ）を溶液に加えた。反応を２４時間続け、次にヘキサン（２Ｌ）に注いだ。ポリマーを、溶液中に沈殿させた。ろ過および乾燥の後、ポリマーを白色固体として８５％の収率で得た。
【０１６３】
得られたポリマー、例えばポリ（Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレート）は疎水性であり、エステル基のサイズおよび疎水性イオンのタイプによって、水に溶解することができない。これらの疎水性ポリマーは、海水条件の下で親水性のポリ（カルボキシベタインメタクリレート）（ＣＢＭＡ）に加水分解することができる（図１７を参照）。本発明で有用な代表的なカチオン性ポリマーの水溶性を、表２に示す。
【０１６４】
代表的な船舶コーティングの非汚染特性。酵素結合免疫吸着検定法（ＥＬＩＳＡ）で試験したタンパク質吸着実験のために、疎水性のポリ（ＣＢＭＡ−エステル）をパネル（１０ｍｍ×１０ｍｍ）の上へスピンコートした。人工海水（図１８を参照）および塩基性溶液（加速実験、図１９を参照）中での加水分解時間を増加させることで、フィブリノーゲン吸着を３０〜４０％のレベルに減少させることができることが判明した。これらの疎水性ポリマー（ｐ＝２〜１８およびＹ＝サリチル酸イオン、表２および図１７を参照）を、エポキシをプライマーとしてパネル（４”×８”）の上へ噴霧コートした。フロリダでの野外試験の結果の例を、図２０に示す。フロリダでの野外試験では、２００８年４月〜５月に、静電浸漬パネルをＳｅｂａｓｔｉａｎ入江近くのＩｎｄｉａｎ Ｒｉｖｅｒラグーンで曝露させた。すべてのパネルを、１／２”亜鉛メッキメッシュケージング内の水面下１メートルに保持した。これらのパネルのデジタル写真を撮影した（図２０を参照）。
【０１６５】
（実施例６）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：ブロック共重合体からのナノ粒子
船舶コーティングの成分として有用である代表的なナノ粒子の調製を記載する。コーティングの非汚染性特性も記載する。
【０１６６】
双性イオンブロック（スルホベタイン）および疎水性ブロックを有する代表的なブロック共重合体の調製を、図２１に図示し、下に記載する。図２１を参照すると、アルキルメタクリレートの重合によって疎水性のブロックを調製する。疎水性のブロックは、基転移重合（ＧＴＰ）または原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）方法によって調製することができる。このジブロック共重合体は、疎水性ブロックおよびアミンモノマーを用いたＧＴＰまたはＡＴＲＰによって調製され、それが、その後四級化されて双性イオンブロックおよび疎水性ブロックを有するジブロック共重合体を提供するジブロック共重合体となる。
【０１６７】
スルホベタインメタクリレートおよびアルキルメタクリレートのジブロック共重合体は、基転移重合（ＧＴＰ）または原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）方法と、それに続く１，３−プロパンスルトンによる四級化によって合成し、対応する双性イオン含有ジブロック共重合体を高収率で得ることができる。
【０１６８】
ドデシルメタクリレートおよびスルホベタインメタクリレートのブロック共重合体のＡＴＲＰ方法による合成方法は、以下の通りである。
【０１６９】
ブロック１。トルエン（１００ｍｌ）を含有するＳｃｈｌｅｎｋフラスコに、Ｃｕ（Ｉ）Ｂｒ（０．００２モル、０．２９ｇ）、２，２’−ジピリジル（０．００６モル、０．９５ｇ）およびドデシルメタクリレート（０．１モル、２５ｇ）を加えた。溶液を１５分間脱気し、９０℃に１０分間加熱した。次に、メチル２−ブロモプロピオン酸（０．００２モル、０．３３４ｇ）を溶液に加えた。反応の後、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）分析の前に、触媒残渣を塩基性アルミナのカラムを通すろ過によって除去した。ポリマーは、メタノール中への沈殿によって単離した。変換は、５０℃の減圧オーブンで一定重量まで乾燥させることによる、重量測定によって測定した。
【０１７０】
ブロック２。トルエン（１００ｍｌ）を含有するＳｃｈｌｅｎｋフラスコに、Ｃｕ（Ｉ）Ｃｌ（０．００２モル、０．２０ｇ）、ＰＭＤＥＴＡ（１，１，４，７，７−ペンタメチルジエチレントリアミン）（０．００２モル、０．３５ｇ）および、ブロック１から得られたポリマー（２０ｇ）を加えた。溶液を１５分間脱気し、９０℃に１０分間加熱した。次に、モノマー２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（０．１３モル、２０ｇ）を溶液に加えた。反応の後、ＧＰＣ分析の前に、触媒残渣を塩基性アルミナのカラムを通すろ過によって除去した。ポリマーは、メタノール中への沈殿によって単離した。変換は、５０℃の減圧オーブンで一定重量まで乾燥させることによる、重量測定によって測定した。得られたブロックポリマーをＴＨＦ（２００ｍｌ）に加え、過剰な１，３−プロパンスルホンを加えた。混合物を室温で２４時間撹拌して、対応する双性イオン含有ジブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体は、疎水性有機溶媒または水溶液中で自然発生自己集合を起こし、ナノ粒子を形成する。
【０１７１】
船舶コーティング。ナノ粒子を加水分解性シリルエステル結合剤ポリマーと混合して、パネルの上にコーティングした。ハワイでの野外試験の結果を、図２２に示す。ハワイでの野外試験については、試験サイトは、Ｆｏｒｄ Ｉｓｌａｎｄ、Ｐｅａｒｌ Ｈａｒｂｏｒ、Ｈｏｎｏｌｕｌｕ、Ｈａｗａｉｉの南部の埠頭であった。パネルは、埠頭の下の杭材の上に取り付けたラックからつるした。パネルは、２００８年５月〜６月に、汚染生物および参集体の多様な群集に曝露させた。
【０１７２】
（実施例７）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：シロキサンコーティング
船舶コーティングの成分として有用である、フッ化カルボキシベタインおよびポリメチルヒドロシロキサンの双性移植ポリマーの調製を記載する。
【０１７３】
代表的な双性イオン移植ポリマーの調製を、図２３に図示し、下に記載する。
【０１７４】
触媒としてＨ２ＰｔＣｌ６を用いて、フッ素含有双性イオンアルケンを、ポリメチルヒドロシロキサンまたは他のシリコーン誘導体に加えることができる。得られたポリマーは、両親媒特性を有し、良好な汚染防止および汚染解除特性を有する。ポリメチルヒドロシロキサンへのフッ素含有双性イオン化合物の移植を調製する１つの方法は、以下の通りである。
【０１７５】
ポリ（メチルアルキルシロキサン）の合成は、様々な長さのαオレフィンとのポリ（メチルヒドロシロキサン）のヒドロシル化（ｈｙｄｒｏｓｉｌａｔｉｏｎ）反応によって実施した。温度計、機械撹拌器および窒素パージを備えた三つ口丸底フラスコに、ポリ（メチルヒドロシロキサン）（２０ｇ）および乾燥トルエン（１００ｍｌ）中の過剰なαオレフィンを加えた。次にクロロ白金酸（ヘキサクロロ白金酸（ＩＶ）（１５０ｐｐｍ）を反応混合液に加え、それを６０℃に３日間維持した。反応混合液をろ過して触媒を除去し、活性炭で１時間還流し、ろ過した。溶媒を、減圧下で除去した。過剰なαオレフィンを、減圧下で除去した。最後に、ポリマーを乾燥トルエン（１００ｍｌ）で再び溶解し、過剰な多フッ化グルタル無水物を溶液に加え、室温で２日間加熱して、最終フッ化双性イオン移植ポリマーを得た。
【０１７６】
例示的な実施形態を例示し、記載したが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、それに様々な変更を加えることができることはいうまでもない。
【０１７７】
排他的占有または特権が請求される本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲に定義される。
【技術分野】
【０００１】
船体および他の海洋表面の生物汚損は、地球環境および経済上の問題になっている。
【背景技術】
【０００２】
現在では、大多数の船舶コーティング製品は、防汚ペイント（すなわち、海洋微生物を死滅させる殺生物剤の放出）に基づく。殺生物剤は海洋環境に有害であるので、それらの適用は高度に制限されている。シリコーン化合物に基づく無毒性汚染放出コーティングが市販されているが、まだ一般的ではない。これらのコーティングは、高速（１４ノットを超える）で動く船舶でのみ有効である。さらに、これらのコーティングは、材料、塗布および維持の面で高コストである。
【０００３】
超低汚染性双性イオン物質およびコーティングは、非汚染性船舶コーティングの開発を可能にする。ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）誘導体または双性イオンポリマーは、細菌付着およびバイオフィルム形成を減少させる非汚染性材料として、広く用いられている。しかし、酸化損傷に対するＰＥＧの感受性は、複合媒体でのその長期適用を制限している。ポリ（スルホベタインメタクリレート）（ｐＳＢＭＡ）などの双性イオン物質は、細菌付着およびバイオフィルム形成を激減させることができ、また、非特異的タンパク質吸着に高度抵抗性である。
【０００４】
船舶コーティングにおける進歩にもかかわらず、自己研磨／非汚染性および超疎水性／非汚染性の有利な特性を提供する、新しい船舶コーティングの必要性が存在する。本発明はこの必要性を満たすことを目指し、さらなる関連する利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ポリマーを含む船舶コーティング、コーティングを作製する方法、コーティングで塗布される船舶表面、およびコーティングを船舶に塗布する方法を提供する。
【０００６】
一態様では、本発明は船舶コーティングを提供する。
【０００７】
一実施形態では、船舶コーティングは、以下を含むカチオン性ポリマーを含み：
（ａ）ポリマー骨格；
（ｂ）それぞれが第一のリンカーによって前記ポリマー骨格に共有結合している複数のカチオン性中心；
（ｃ）各カチオン性中心に結合している対イオン；および
（ｄ）第二のリンカーを介して各カチオン性中心に共有結合している加水分解性基であって、アニオン性中心に加水分解性であり、前記第二のリンカーを介して前記カチオン性中心に共有結合しているアニオン性中心を有する双性イオンポリマーを提供する加水分解性基を含む。
【０００８】
一実施形態では、ポリマーは、式：
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ
を有し、上式で、
ＰＢはｎ個のペンダント基Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；
Ｎ＋はカチオン性中心であり；
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択され；
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、加水分解性基であって、ＡはＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯからなる群から選択され、Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基であり；
Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；
Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；
Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンであり；
ｎは、約１０〜約１０，０００の整数である。
【０００９】
一実施形態では、対イオンは疎水性の有機対イオンである。代表的な対イオンには、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレートおよびＣ１〜Ｃ２０アルキルスルホネートが含まれる。
【００１０】
ある実施形態では、対イオンは生物学的に活性である。代表的な対イオンには、抗菌剤、抗細菌剤および抗真菌剤が含まれる。一実施形態では、対イオンはサリチレートである。
【００１１】
ある実施形態では、加水分解性基は、加水分解の際に疎水性の有機基を放出する。一実施形態では、加水分解性基は加水分解の際にＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートを放出する。
【００１２】
ある実施形態では、加水分解性基は、加水分解の際に生物学的活性物質を放出する。代表的な生物学的活性物質には、抗細菌剤および抗真菌剤が含まれる。
【００１３】
代表的なカチオン性中心には、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムが含まれる。
【００１４】
一実施形態では、ＲａおよびＲｂは、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状アルキル基からなる群から独立に選択される。
【００１５】
一実施形態では、Ｌ１は−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−からなる群から選択され、式中、ｎは１〜２０の整数である。
【００１６】
一実施形態では、Ｌ２は−（ＣＨ２）ｎ−であり、式中、ｎは１〜２０の整数である。
【００１７】
一実施形態では、Ａは、Ｃ、ＳＯおよびＰＯからなる群から選択される。
【００１８】
一実施形態では、ＲｃはＣ１〜Ｃ２０アルキルである。
【００１９】
一実施形態では、Ｘ−は、ハライド、カルボキシレート、アルキルスルホネート、サルフェート；ナイトレート、パークロレート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメチルスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、ラクテートおよびサリチレートからなる群から選択される。
【００２０】
別の実施形態では、船舶コーティングは、式
【００２１】
【化１】
を有する共重合体を含み、式中、Ｒ１は各出現時に、水素、メチルおよびエチルからなる群から独立に選択され；
Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルからなる群から独立に選択され；
Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールおよびトリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルからなる群から選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｍは、１〜２０の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、５〜約１００，０００の整数である。
【００２２】
一実施形態では、Ｒ４はＣ４〜Ｃ１２アルキルである。
【００２３】
さらなる実施形態では、船舶コーティングは、式
【００２４】
【化２】
を有する共重合体を含み、式中、Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、１〜２０の整数であり；
ｍは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数である。
【００２５】
上記の共重合体について、一実施形態では、Ｒはアンモニウムである。一実施形態では、共重合体はブロック共重合体である。
【００２６】
本発明の船舶コーティングは、結合剤ポリマーをさらに含むことができる。代表的な結合剤ポリマーには、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物が含まれる。
【００２７】
別の態様では、本発明は、本発明の船舶コーティングで処理された船舶基材の表面を提供する。代表的な基材には、船舶の船体および船舶構造物、例えばプロペラ、潜望鏡およびセンサーが含まれる。本発明の船舶コーティングで有利にコーティングすることができる他の海洋構造物には、橋および魚網が含まれる。
【００２８】
本発明のさらなる態様では、船舶基材の表面を処理する方法が提供される。本方法では、本発明の船舶コーティングは、船舶基材の表面に塗布される。一実施形態では、コーティングを塗布することは、コーティングを噴霧することを含む。別の実施形態では、コーティングを塗布することは、コーティングをペイントすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明において有用であるカチオン性ポリマーを作製するのに有用な３つの代表的なカチオン性モノマー、すなわち、異なるカルボキシベタインエステル基を有する３つのアクリルアミドモノマー、ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステルの構造を例示する図である。
【図２】本発明の代表的なカチオン性ポリマーの加水分解、すなわち、双性イオンポリカルボキシベタインへのカチオン性ポリカルボキシベタインエステルの加水分解を例示する図である。
【図３】（ａ）１０ｍＭ（３％加水分解）、（ｂ）１００ｍＭ（８２％加水分解）および（ｃ）１Ｍ（１００％加水分解）の水酸化ナトリウム濃度の溶液で１時間処理した後の、本発明の代表的なカチオン性ポリマー、ポリＣＢＡＡ−３−エステルの加水分解の１Ｈ ＮＭＲスペクトルを比較する図である。
【図４】１０ｍＭおよび１００ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液での本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの加水分解速度を比較する図である。
【図５Ａ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ａ）ポリＣＢＡＡ−１−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図５Ｂ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ｂ）ポリＣＢＡＡ−３−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図５Ｃ】本発明の代表的なポリマー、すなわち加水分解の前後のポリカルボキシベタインエステル；（ｃ）ポリＣＢＡＡ−５−エステルを移植した表面でのフィブリノーゲン吸着のＳＰＲセンサーグラムを示す図である。ポリマーブラシを有する表面を、１００ｍｍＮａＯＨ溶液で１〜２時間加水分解した。
【図６】本発明において有用である３つの代表的なカチオン性ポリマー、ポリＣＢＡＡ−エステルの加水分解の前後の抗微生物活性を比較するグラフである。Ｅ．ｃｏｌｉ（１０８個の細胞／ｍＬ）を、各ポリマー溶液（反復単位モル濃度： ２ｍＭ）と３０分間インキュベートした。ＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．４および１５０ｍＭ）を、陰性対照として用いる。
【図７】カチオン性ポリマーでコーティングした本発明の代表的な表面の略図である。表面は、加水分解時に、抗細菌性表面から非汚染性表面に切り替わる：（ａ）抗微生物性カチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は、細菌を効果的に殺傷し、（ｂ）ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は、加水分解時に非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１に変換され、（ｃ）表面にとどまっている死菌は、非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１から放出され、（ｄ）双性イオンｐＣＢＭＡ−１自体は、細菌の接着に高度抵抗性であることを証明する。
【図８】本発明の代表的なカチオン性ポリマー、切替可能なｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２；抗微生物性カチオン性ｐＣ８ＮＭＡ；および非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−２の化学構造を例示する図である。
【図９】Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２に対するｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの殺菌活性を比較するグラフである。抗微生物性ポリマーでコーティングされた表面で増殖した生存Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２コロニーの割合は、ｐＣＢＭＡ−２対照（ｎ＝３）の上で増殖したコロニー数と相対的である。
【図１０】様々なポリマーで被覆した表面への１時間曝露についての、１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液からの付着したＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２細胞（赤色）の蛍光顕微鏡検査画像を示す図である：（ａ）、（ｃ）および（ｅ）は、それぞれ加水分解前のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、ｐＣ８ＮＭＡおよびｐＣＢＭＡ−２のものであり、（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）は、それぞれ加水分解後の同じポリマーのものである。加水分解は、１０ｍＭ ＣＡＰＳ（ｐＨ１０．０）で８日間であった。
【図１１】加水分解の前後のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、ｐＣ８ＮＭＡおよびｐＣＢＭＡ−２への１時間の曝露についての、１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液からのＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２の結合を比較するグラフである（ｎ＝３）。
【図１２】図１２Ａは、（ａ）加水分解の前、ならびに（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ水、ｐＨ９．０の１０ｍＭ ＣＥＨＳ、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳによる２４時間の加水分解の後の、ＡＴＲＰを通してｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２を移植した表面への、ＰＢＳ緩衝液中の１ｍｇ・ｍＬ−１フィブリノーゲンの吸着を示すＳＰＲセンサーグラムを比較する図である。図１２Ｂは、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳとのインキュベーションの（ａ）前、および（ｂ）２４時間の後のｐＣ８ＮＭＡを移植した表面、ならびに、ｐＨ１０．０の１０ｍＭ ＣＡＰＳによる（ｃ）加水分解の前および（ｄ）２４時間の加水分解の後のｐＣＢＭＡ−２を移植した表面への、ＰＢＳ緩衝液中の１ｍｇ・ｍＬ−１フィブリノーゲンの吸着を示すＳＰＲセンサーグラムを比較する図である。
【図１３】本発明において有用であるカチオン性ポリマーを作製するのに有用な代表的なカチオン性モノマー：ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡ、サリチル酸対イオンを有するＣＢＭＡ−１のエチルエステルの構造を例示する図である。
【図１４】ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡを重合させることによって調製したヒドロゲルからの、４つの条件：（ａ）水、中性ｐＨ；（ｂ）リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）；（ｃ）水、ｐＨ１０；および（ｄ）０．１５Ｍ塩化ナトリウム水溶液、ｐＨ１０の下での、２５℃でのサリチル酸の経時的（１２時間、３９時間および６３時間）放出速度（ｍｇ／ｈ）を比較する図である。
【図１５】ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡを重合させることによって調製したヒドロゲルからの、４つの条件：（ａ）水、中性ｐＨ；（ｂ）リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）；（ｃ）水、ｐＨ１０；および（ｄ）０．１５Ｍ塩化ナトリウム水溶液、ｐＨ１０の下での、３７℃でのサリチル酸の経時的（１２時間、３９時間および６３時間）放出速度（ｍｇ／ｈ）を比較する図である。
【図１６】本発明で有用な、イオン交換対イオンＹ−（例えば、疎水性の対イオン）を有する代表的なカチオン性モノマーおよびポリマーの調製の略図である。
【図１７】本発明で有用な、疎水性の対イオン（サリチル酸）および脱離基ＣＨ３（ＣＨ２）７ＯＨまたはＣＨ３（ＣＨ２）１１ＯＨを有する、代表的なカチオン性ポリマーの海水加水分解、すなわち、双性イオンポリカルボキシベタインへのカチオン性ポリカルボキシベタインエステルの加水分解を示す図である。
【図１８】図１７に示すカチオン性ポリマー（ｍ＝７およびｍ＝１１）でコーティングした表面についての、加水分解（人工海水、ｐＨ８．２の０．６Ｍ塩化ナトリウムに曝露させた時間）の関数としての相対的なタンパク質吸着を比較する図である。ｍ＝１１のカチオン性ポリマーでは遅い加水分解、ｍ＝７のカチオン性ポリマーでは中間の加水分解。相対的なタンパク質吸着は、西洋ワサビペルオキシダーゼ−抗フィブリノーゲンＥＬＩＳＡで測定した。
【図１９】図１７に示すカチオン性ポリマー（ｍ＝７およびｍ＝１１）でコーティングした表面についての、時間の関数（ｐＨ１０．３の溶液）としての相対的なタンパク質吸着を比較する図である。相対的なタンパク質吸着は、西洋ワサビペルオキシダーゼ−抗フィブリノーゲンＥＬＩＳＡで測定した。
【図２０−１】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ａは、エポキシパネルである。
【図２０−２】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｂは、ＰＶＣパネルである。
【図２０−３】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｃは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２０−４】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｄ〜Ｅは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２０−５】フロリダ野外試験パネルを比較する写真である。Ｆは、図２３に示す本発明の代表的なカチオン性ポリマー（ｍ＝１１）で処理したパネルである。
【図２１】双性イオンブロック（スルホベタイン）および疎水性のブロック（メタクリレートＣｐエステル）を有する、本発明の代表的なブロックポリマーの調製の略図である。
【図２２−１】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ａおよび２２Ｂは、エポキシパネルである。
【図２２−２】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ｃは、Ｈｅｍｐａｓｉｌパネルである。
【図２２−３】ハワイ野外試験パネルを比較する写真である。図２２Ｄは、図２８に示す本発明の代表的なブロック共重合体（ｐ＝１１）（加水分解性シリルエステル結合剤ポリマーと混合したブロック共重合体ナノ粒子）で処理したパネルである。
【図２３】フルオロアルキル部分（−ＣＦ２）ｎ−を含む双性イオンペンダント基を有する、本発明の代表的なシロキサンポリマーの調製の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、加水分解性基を有するカチオン性ポリマーを含む船舶コーティング、コーティングを作製する方法、およびコーティングを船舶に塗布する方法を提供する。
【００３１】
本発明の一態様では、カチオン性ポリマーを含む船舶コーティングが提供される。本発明で有用なカチオン性ポリマーは、加水分解して双性イオンポリマーを提供することができる加水分解性基を含む。双性イオンポリマーは、正および負の電荷の均衡を有するポリマーである。双性イオンポリマーは、タンパク質吸着および細菌接着に高度抵抗性であることができる。それらの生物模倣性質のために、ホスホベタイン、スルホベタインおよびカルボキシベタインポリマーなどの双性イオンポリマーは、高い生体適合性を示し、環境に対して優しい。
【００３２】
制御された加水分解。カチオン性ポリマーの構造上の特徴の変動は、それらの制御された加水分解、ならびに生物学的、化学的および物理的な特性の制御を可能にする。加水分解の速度は、加水分解性基（例えば、エステルの場合、−ＯＲ）の性質の選択によってかなり影響を与えること、および制御することができる。
【００３３】
下記のように、ある実施形態では、本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、加水分解後に官能基を都合よく放出する。例えば、明本発明において有用であるカチオン性エステルについては、加水分解エステルは−ＯＲ基を放出する。これらの実施形態では、放出される基は、治療剤（例えば、抗微生物性、抗細菌性、抗真菌性の薬剤）であってもよい。同様に、ある実施形態では、カチオン性ポリマーはそれらの対イオン（Ｘ−）を放出することができ、それらも、生物学的に活性（例えば、抗微生物剤および抗細菌剤）であってよい。
【００３４】
加水分解性基を加水分解によってだけでなく、他の手段によって起こる切断（例えば、分解または侵食）によっても切断することができることはいうまでもない。カチオン性ポリマーは、とりわけ、酵素触媒反応、酸化還元、熱、光、イオン強度、ｐＨおよび加水分解による環境変化によって、それらの対応する双性イオンポリマーに変換することができる。
【００３５】
本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーおよびそれらの対応する双性イオンポリマー対応物を、下に記載する。
【００３６】
カチオン性ポリマー
本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、加水分解されるとポリマーを双性イオンにするアニオン基を提供する加水分解性基を含む。各ポリマーでは、加水分解性基の数はカチオン基の数と実質的に同等であり、したがって、加水分解性基が加水分解されると生じるポリマーは双性イオン性である。本明細書で用いるように、用語「双性イオンポリマー」は、実質的に同等数のカチオン基およびアニオン基を有するポリマーを指す。
【００３７】
本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーは、式（Ｉ）
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ （Ｉ）
を有し、上式で、ＰＢはｎ個のペンダント基（すなわち、Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；Ｎ＋はカチオン性中心であり；ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリール基から独立に選択され；Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは加水分解性基であって、式中、ＡはＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯであり、Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基であり；Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンであり；ｎは、約１０〜約１０，０００である。式（Ｉ）のポリマーの平均分子量は、約１ｋＤａ〜約１，０００ｋＤａである。
【００３８】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解は、式（ＩＩ）
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）Ｏ−）ｎ （ＩＩ）
を有する双性イオンポリマーを提供し、上式で、ＰＢ、Ｌ１、Ｎ＋、Ｒａ、Ｒｂ、Ｌ２、Ａおよびｎは上に述べた通りであり、Ａ（＝Ｏ）Ｏ−はアニオン基である。
【００３９】
この実施形態では、式（Ｉ）のポリマーは、ｎ個のペンダント基を含み、式（ＩＩＩ）
ＣＨ２＝Ｃ（Ｒｄ）−Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ Ｘ− （ＩＩＩ）
を有するモノマーの重合によって調製することができ、上式で、Ｌ１、Ｎ＋、Ｒａ、Ｒｂ、Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃおよびＬ２、およびＸ−は、上で述べた通りであり、Ｒｄは、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基から選択される。
【００４０】
以下は、上記の式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のポリマーおよびモノマーの記載である。
【００４１】
式（Ｉ）および（ＩＩ）において、ＰＢはポリマー骨格である。代表的なポリマー骨格には、ビニルモノマー（例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン）に由来するビニル骨格（すなわち、−Ｃ（Ｒ’）（Ｒ’’）−Ｃ（Ｒ’’’）（Ｒ’’’’）−、式中、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’およびＲ’’’’は、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択される）が含まれる。他の適する骨格には、双性イオン基に変換することができる加水分解性基を含むペンダントカチオン基を提供するポリマー骨格、およびカチオン基を含み、双性イオン基に変換することができるペンダント加水分解性基を提供する骨格が含まれる。他の代表的なポリマー骨格には、ペプチド（ポリペプチド）、ウレタン（ポリウレタン）およびエポキシ骨格が含まれる。
【００４２】
同様に、式（ＩＩＩ）で、ＣＨ２＝Ｃ（Ｒｄ）−は、重合可能な基である。上記のものを含む他の重合可能な基を、本発明のモノマーおよびポリマーを提供するために用いることができることはいうまでもない。
【００４３】
式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で、Ｎ＋はカチオン性中心である。ある実施形態では、カチオン性中心は、第四級アンモニウム（ＮがＬ１；Ｒａ、ＲｂおよびＬ２に結合）である。アンモニウムに加えて、他の有用なカチオン性中心には、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムが含まれる。
【００４４】
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリール基から独立に選択される。代表的なアルキル基には、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状のアルキル基が含まれる。ある実施形態では、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ２Ｃ６Ｈ５、ベンジル）を含む、１つまたは複数の置換基でさらに置換される。一実施形態では、ＲａおよびＲｂは、メチルである。代表的なアリール基には、例えばフェニルを含む、Ｃ６〜Ｃ１２アリール基が含まれる。式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のある実施形態については、Ｒ２またはＲ３は存在しない。
【００４５】
Ｌ１は、カチオン性中心をポリマー骨格に共有結合させるリンカーである。ある実施形態では、Ｌ１は、Ｌ１の残りをポリマー骨格（または式（ＩＩＩ）のモノマーの重合可能な部分）に結合させる官能基（例えば、エステルまたはアミド）を含む。官能基に加えて、Ｌ１はＣ１〜Ｃ２０アルキレン鎖を含むことができる。代表的なＬ１基には、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−が含まれ、式中、ｎは１〜２０（例えば、３）である。
【００４６】
Ｌ２は、カチオン性中心を加水分解性基（または、式（ＩＩ）の双性イオンポリマーのアニオン基）に共有結合させるリンカーである。Ｌ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキレン鎖であることができる。代表的なＬ２基には−（ＣＨ２）ｎ−が含まれ、式中、ｎは１〜２０（例えば、１、３または５）である。
【００４７】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの疎水性および加水分解速度は、Ｌ１および／またはＬ２によって制御することができる。Ｌ１またはＬ２の疎水性が強いほど、加水分解性基の加水分解および双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。
【００４８】
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、加水分解性基である。加水分解性基は、エステル、例えばカルボン酸エステル（ＡはＣである）、スルフィン酸エステル（ＡはＳである）、スルホン酸エステル（ＡはＳＯである）、ホスフィン酸エステル（ＡはＰである）またはホスホン酸エステル（ＡはＰＯである）であることができる。加水分解性基は、無水物であることもできる。Ｒｃは、１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基である。
【００４９】
代表的なアルキル基には、Ｃ１〜Ｃ３０直鎖および分枝状のアルキル基が含まれる。ある実施形態では、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ２Ｃ６Ｈ５、ベンジル）を含む、１つまたは複数の置換基でさらに置換される。ある実施形態では、ＲｃはＣ１〜Ｃ２０直鎖アルキル基である。一実施形態では、Ｒｃはメチルである。別の実施形態では、Ｒｃはエチルである。一実施形態では、ＲｃはＣ３〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ４〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ５〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ６〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ８〜Ｃ２０アルキルである。一実施形態では、ＲｃはＣ１０〜Ｃ２０アルキルである。比較的遅い加水分解が所望される用途の場合、ＲｃはＣ４〜Ｃ２０ ｎ−アルキル基またはＣ４〜Ｃ３０ ｎ−アルキル基である。
【００５０】
代表的なアリール基には、例えば置換されたフェニル基（例えば安息香酸）を含むフェニルを含む、Ｃ６〜Ｃ１２アリール基が含まれる。
【００５１】
代表的なアシル基（−Ｃ（＝Ｏ）Ｒｅ）には、ＲｅがＣ１〜Ｃ２０アルキルまたはＣ６〜Ｃ１２アリールであるアシル基が含まれる。
【００５２】
代表的なシリル基（−ＳｉＲ３）には、ＲがＣ１〜Ｃ２０アルキルまたはＣ６〜Ｃ１２アリールであるシリル基が含まれる。
【００５３】
本発明のある実施形態では、加水分解生成物ＲｃＯ−（またはＲｃＯＨ）は、生物学的に活性（例えば、抗微生物剤、例えばサリチル酸（２−ヒドロキシ安息香酸）、ベンゾエート、ラクテート、ならびに抗生物質または抗真菌性薬剤のアニオン形態）である。
【００５４】
ある他の実施形態では、加水分解生成物ＲｃＯ−（またはＲｃＯＨ）は、ラクテート、グリコレートまたはアミノ酸である。
【００５５】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解速度は、Ｒｃによって制御することもできる。例えば、Ｒｃによる立体的および／または速度論的効果により加水分解性基の加水分解がより遅いほど、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。
【００５６】
Ｘ−は、カチオン性中心に結合している対イオンである。対イオンは、式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの合成または式（ＩＩＩ）のモノマーから生じる対イオンであってよい（例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−）。カチオン性中心の合成から最初に生成される対イオンは、他の適する対イオンと交換して、制御可能な加水分解特性および他の生物的特性を有するポリマーを提供することもできる。
【００５７】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーの加水分解速度は、対イオンによって制御することもできる。対イオンの疎水性が強いほど、加水分解性基の加水分解はより遅く、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの変換はより遅い。代表的な疎水性対イオンには、カルボキシレート、例えば安息香酸および脂肪酸アニオン（例えば、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯ２−、式中、ｎ＝１〜１９）；アルキルスルホネート（例えば、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＳＯ３−、式中、ｎ＝１〜１９）；サリチレート；ラクテート；ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドアニオン（Ｎ−（ＳＯ２ＣＦ３）２）；およびそれらの誘導体が含まれる。他の対イオンを、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート；ナイトレート；パークロレート（ＣｌＯ４）；テトラフルオロボレート（ＢＦ４）；ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）；トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）；およびそれらの誘導体から選択することもできる。
【００５８】
他の適する対イオンには、疎水性対イオン、および、生物学的活性のある対イオン（例えば、抗微生物剤、例えばサリチル酸（２−ヒドロキシ安息香酸）、ベンゾエート、ラクテート、ならびに抗生物質または抗真菌性薬剤のアニオン形態）が含まれる。
【００５９】
式（ＩＩＩ）のモノマーについては、Ｒｄは、水素、フッ化物、トリフルオロメチルおよびＣ１〜Ｃ６アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル）から選択される。一実施形態では、Ｒｄは水素である。一実施形態では、Ｒｄはメチルである。別の実施形態では、Ｒｄはエチルである。
【００６０】
カチオン性ポリマーの構造上の特徴の変動は、それらの制御された加水分解、ならびに生物学的、化学的および物理的な特性の制御を可能にする。所望の制御されたポリマー加水分解を達成するために変更することができる、上記カチオン性ポリマーの構造上の特徴には、Ｌ１、Ｌ２、Ｒａ、Ｒｂ、Ａ、ＲｃおよびＸ−が含まれる。一般には、ポリマーまたは記載の構造上の特徴が疎水性であるほど、双性イオンポリマーへのカチオン性ポリマーの加水分解はより遅い。
【００６１】
ホモポリマー、ランダム共重合体、ブロック共重合体。本発明において有用であるカチオン性ポリマーには、ホモポリマー、ランダム共重合体およびブロック共重合体が含まれる。
【００６２】
一実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）によって定義されるようなカチオン性モノマーを重合させることによって調製される、式（Ｉ）によって定義されるようなカチオン性ホモポリマーを提供する。式（Ｉ）によって定義されるポリマーを含む本発明において有用であるカチオン性ポリマーに付随する有利な特性を、他の重合物質に付与することができることはいうまでもない。
【００６３】
一実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）の２つの異なるカチオン性モノマーを共重合することによって調製されるランダム共重合体を提供する。
【００６４】
別の実施形態では、本発明は、式（ＩＩＩ）によって定義される本発明の１つまたは複数のカチオン性モノマーを、１つまたは複数の他のモノマー（例えば、疎水性のモノマー、アニオン性モノマーまたは双性イオンモノマー、例えばホスホリルベタイン、スルホベタインもしくはカルボキシベタインモノマー）と共重合することによって調製されるカチオン性反復単位を含む、ランダム共重合体を提供する。
【００６５】
一実施形態では、本発明は、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロック、および１つまたは複数の他のブロックを有するブロック共重合体を提供する。この実施形態では、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロックは、カチオン性反復単位（例えば、式（ＩＩＩ）のカチオン性モノマーから調製されるホモポリマーまたは共重合体）だけを含む。あるいは、カチオン性反復単位を含む１つまたは複数のブロックは、カチオン性反復単位および他の反復単位（例えば、疎水性、アニオン性、双性イオン性の反復単位）を含む。
【００６６】
他の適するポリマー
本発明は、以下のポリマーも提供する。
【００６７】
一実施形態では、カチオン性ポリマーは、以下の構造を有し：
【００６８】
【化３】
Ｒ１＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｒ２＝原子なし、−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｒ３＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｘ＝１〜８。
【００６９】
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート
【００７０】
【化４】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
Ｙ＝１〜１０
Ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖または芳香族基。
【００７１】
別の実施形態では、カチオン性ポリマーは、以下の構造を有し：
【００７２】
【化５】
ｎ＞５
ｘ＝１〜５
ｙ＝１〜５
Ｒ１＝Ｈ、またはアルキル鎖
Ｒ２＝原子なし、Ｈ、またはアルキル鎖
Ｒ３＝アルキル鎖。
【００７３】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７４】
【化６】
Ｒ１、任意のアルキル鎖であり
Ｒ３は、任意のアルキル鎖であり
Ｒ２、Ｒ４は任意のアルキル鎖であり
ｘ＝１〜１８
ｙ＝１〜１８
ｎ＞３。
【００７５】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７６】
【化７】
Ｒは、アルキル鎖であり
ｘ＝１〜１８
ｙ＝１〜１８
ｎ＞３。
【００７７】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００７８】
【化８】
Ｒ＝任意のアルキル鎖
ｘ＝０〜１１
ｎ＞３。
【００７９】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８０】
【化９】
ｎ＞３
ｘ＝１〜１０
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート。
【００８１】
【化１０】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖、芳香族基。
【００８２】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８３】
【化１１】
ｎ＞３
ｘ＝１〜６
ｙ＝０〜６
Ｒ＝任意のアルキル鎖、芳香族またはラクテートまたはグリコレート
【００８４】
【化１２】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
またはＣ（＝Ｏ）Ｒ’
Ｒ’＝任意のアルキル鎖、芳香族基。
【００８５】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８６】
【化１３】
ｎ＞５
ｘ＝０〜５。
【００８７】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００８８】
【化１４】
ｘ＝０〜１７
ｎ＞５
Ｒ＝Ｈまたはアルキル鎖。
【００８９】
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００９０】
【化１５】
ｎ＞５
Ｒ２＝Ｈまたは任意のアルキル鎖、例えばメチル
ｘ、ｙ＝１〜６
Ｒ１＝任意のアルキル鎖、
【００９１】
【化１６】
Ｒ４＝−Ｈ、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５
ｙ＝１〜１０
ｚ＝０〜２２
別の実施形態では、本発明は以下の構造を有するポリマーを提供し：
【００９２】
【化１７】
ｎ＞３
Ｒ１＝任意のアルキル鎖。
【００９３】
式（Ｉ）のカチオン性ポリマーおよび究極的に式（ＩＩ）の双性イオンポリマーを作製するために有用である、式（ＩＩＩ）の３つの代表的なカチオン性モノマーを図１に例示する。図１を参照すると、カチオン性カルボキシベタインエステル基を運ぶペンダント基を有する、３つの正荷電のポリアクリルアミドを例示する。３つのモノマーは、第四級アンモニウム基（カチオン性中心）とエステル（加水分解性）基：ＣＢＡＡ−１−エステル（ｎ＝１）；ＣＢＡＡ−３−エステル（ｎ＝３）；およびＣＢＡＡ−５−エステル（ｎ＝５）との間に、異なるスペーサー基（Ｌ２：−（ＣＨ２）ｎ−）を有する。モノマーの重合は、対応するカチオン性ポリマーを提供する。３つのモノマーは、線状ポリマーを形成するフリーラジカル重合を用いて、または、ＳＰＲセンサーにポリマーブラシを調製する表面開始ＡＴＲＰを用いて重合させた。異なるスペーサー基（Ｌ２）およびエステル基を有するポリマーは、異なる化学的、物理的および生物学的特性を有すると予想された。３つのモノマーの合成およびそれらの重合を、実施例１に記載する。
【００９４】
フリーラジカル重合を通して重合された線状ポリマーについては、それらの分子量は、水溶液でゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定した。ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルは、それぞれ、１４ｋＤａ、１３ｋＤａおよび９．６ｋＤａの平均分子量であった。
【００９５】
カチオン性ポリマーの加水分解は、双性イオンポリマー（すなわち、双性イオンポリカルボキシベタイン）を提供する。本発明の代表的なカチオン性ポリマーの加水分解は、実施例２で記載し、図２で図示する。図２で、ｎは１、３または５である（それぞれ、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルに対応する）。３つのカルボキシベタインエステルポリマーを異なる水酸化ナトリウム濃度の下で溶解し、それらの加水分解挙動を研究した。しばらくして、１Ｈ ＮＭＲを用いてポリマーの上に保持されているエステル基を測定することによって、ポリマーの加水分解速度を分析した。すべての３つのポリマーは水中で安定であり、４日後に明白な加水分解は検出されなかった。ＮａＯＨの濃度は、カルボキシベタインエステルポリマーの加水分解のために重要である。図３は、ＮａＯＨの３つの異なる濃度で１時間処理した後の、ポリＣＢＡＡ−３−エステルのＮＭＲスペクトルを図示する。１０ｍＭの濃度のＮａＯＨ溶液については、わずかな加水分解が検出されただけであった（約３％）。１００ｍＭ ＮａＯＨ溶液については、約８２％のポリマーが加水分解された。１ＭのＮａＯＨ濃度については、ポリマーは１時間で完全に加水分解された。図４は、時間の関数としての、１００ｍＭまたは１０ｍＭのＮａＯＨの下での加水分解速度をグラフ化する。図４を参照すると、これらの２つのＮａＯＨ濃度の下で、ほとんどの加水分解は最初の１時間で起こる。その後、加水分解速度は時間とともにわずかに変化する。
【００９６】
上記したように、本発明において有用であるカチオン性ポリマーの加水分解速度は、それらの構造を修飾することによって制御することができる。異なる加水分解挙動を得るために、エステル基（加水分解性基）、スペーサー基（Ｌ１およびＬ２）および対イオン（Ｘ−）などの様々な構造パラメータを有するカチオン性ポリマー。加水分解挙動は、ポリマー分子量を変えること、または他のモノマーと共重合することによって制御することもできる。加水分解性エステル基（例えばｔ−ブチルおよびアルキル置換シリル）または無水物基は、酸性または塩基性の条件下で容易に加水分解することができる。第四級アンモニウム基（カチオン性中心）とエステル（加水分解性）基との間のスペーサー基（Ｌ２：−（ＣＨ２）ｎ−）を変えることも、加水分解速度を調整することができる。短いスペーサーは、加水分解速度を増加させることができる。さらに、親水性のアニオン（例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＳＯ４）などの対イオンも加水分解速度を増加させ、低いポリマー分子量および他の親水性モノマーとの共重合も、加水分解速度を増加させるのを助ける。
【００９７】
タンパク質吸着
本発明の加水分解性カチオン性ポリマーは、ポリマーで処理された表面へのタンパク質吸着の低減で有効な物質として、有利に用いることができる。カチオン性ポリマーは、低汚染性表面を調製するために用いることができる。これらの表面は、装置表面へのタンパク質吸着が有害である環境での装置のために、有利に使用することができる。
【００９８】
低いタンパク質吸着を有する表面の提供における本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの有用性を証明するために、実施例３に記載の代表的なカチオン性ポリマーからポリマーブラシを調製し、それらのタンパク質吸着を測定した。
【００９９】
３つのモノマー（ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステル）を、表面開始ＡＴＲＰを用いてＳＰＲセンサーの表面に移植した。ＸＰＳ分析からの推定で、ポリマーブラシは、厚さが５〜２０ｎｍであった。３つのポリマーブラシの上の１ｍｇ／ｍＬフィブリノーゲン溶液からのタンパク質吸着を、ＳＰＲを用いて測定した。フィブリノーゲンは粘着性のタンパク質で、医用材料の上での血小板凝集および血液凝固で重要な役割を演ずる。ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルのフィブリノーゲン吸着は、それぞれ１９５ｎｇ／ｃｍ２、２５５ｎｇ／ｃｍ２および６００ｎｇ／ｃｍ２であった（図５Ａ〜５Ｃを参照）。全３つのポリマーは、それらの正電荷のために明白なタンパク質吸着を有する。ポリＣＢＡＡ−１−エステルは、より疎水性のＬ２（すなわち、それぞれＣ３およびＣ５）を有する他の２つのエステルと比較してそのより高い親水性のために、比較的より低いフィブリノーゲン吸着を有した。メチレンからプロピレン、さらにペンチレンへのＬ２の増加に伴い、ポリマーの疎水性が増加し、より高いフィブリノーゲン吸着をもたらす。
【０１００】
１００ｍＭで１〜２時間の加水分解の後、表面特性は劇的に変化した。図５Ａ〜５Ｃは、３つのポリマーの各々を移植した表面が、フィブリノーゲン吸着に高度抵抗性である表面に変換されたことを示す。加水分解されたポリＣＢＡＡ−１−エステルおよび加水分解されたポリＣＢＡＡ−３−エステルを有する表面では、フィブリノーゲン吸着はＳＰＲの検出限界である０．３ｎｇ／ｃｍ２未満である。加水分解されたポリＣＢＡＡ−５−エステルの上でのフィブリノーゲン吸着は、約１．５ｎｇ／ｃｍ２であった。加水分解を制御することによって、ポリマー移植表面は、高タンパク質吸着からタンパク質吸着高抵抗性にそれらの特性を変えることができる。さらに、加水分解後に生じた双性イオンポリマーを有する表面は生体適合性であり、血液血漿／血清および細菌接着／ビオフィルム形成からの非特異的タンパク質吸着に高度抵抗性である。
【０１０１】
抗微生物特性
本発明において有用である加水分解性カチオン性ポリマーは、抗微生物性特性を示す。本発明において有用である代表的なカチオン性ポリマーの抗微生物性特性の評価は、実施例４では記載される。
【０１０２】
カチオン性ポリカルボキシベタインエステルの抗微生物特性を評価するために、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルのポリマー溶液を、Ｅ．ｃｏｌｉとインキュベートした。２ｍＭの濃度（反復単位モル濃度）で、ポリＣＢＡＡ−１−エステル、ポリＣＢＡＡ−３−エステルおよびポリＣＢＡＡ−５−エステルは、それぞれ９５％、８７．３％および４６．２％の生細胞割合を示すことが判明した（図６を参照）。抗微生物活性は、Ｌ２の長さの増加と一緒に増加するようである。加水分解後、双性イオンポリマー、ポリＣＢＡＡ−１、ポリＣＢＡＡ−３およびポリＣＢＡＡ−５は、それぞれ、９３．７％、９６．３％および９５．３％の生細胞割合を示し、抗微生物活性は、双性イオンポリマー（すなわち、ポリカルボキシベタイン）へのカチオン性ポリマー（すなわち、ポリカルボキシベタインエステル）の加水分解に従って低下することを示す。
【０１０３】
いくつかの両親媒性ポリカチオンを、それらの抗細菌活性について調査した。異なるポリカチオンの殺菌効率を比較するために、ポリカチオンのアルキルペンダント鎖長を調べた。第四級アミン基およびより長い疎水性ペンダント鎖を有するポリマーは、より高い疎水性のためにより良好な抗微生物活性を有することが分かる。カルボキシベタインエステルを有する小分子第四級アンモニウム化合物（ＱＭＣ）は、それらがより長い炭化水素基を有する場合、速やかな殺菌作用を有することが見出された。これらのＱＭＣは、腸内細菌の外膜および細胞質膜に結合し、細菌の膜内に浸透することができた。抗微生物効果は、本発明のカチオン性ポリマー（例えば、ポリカルボキシベタインエステル）のスペーサー長（Ｌ２）を増加させることで高まる。
【０１０４】
ポリＣＢＡＡ−５−エステルの抗微生物効力は、類似したアルキル鎖長を有する他の四級化ポリマーのそれと同等である。より高い抗微生物効力は、より長いアルキル鎖長（例えば、Ｃ１〜Ｃ２０）で達成することができる。
【０１０５】
従来の抗微生物性コーティングについては、死滅微生物および吸着タンパク質が表面に通常集積し、それらの抗微生物活性を劇的に低下させる。対照的に、本発明において有用であるカチオン性ポリマーから作製される抗微生物性コーティングは、双性イオンポリマーに加水分解され、様々な生体分子の吸着に高度抵抗性である表面を提供する。これらの双性イオンポリマーは、バルク材としておよび表面コーティングとして、無毒性、生体適合性および非汚染性である。
【０１０６】
本発明において有用である代表的な架橋双性イオンポリマー、ポリカルボキシベタインヒドロゲルは、無細胞傷害性で、カブトガニの血球溶解成分（ＬＡＬ）エンドトキシンアッセイキット（Ｃａｍｂｒｅｘ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ、Ｗａｌｋｅｒｖｉｌｌｅ、ＭＤ）を用いると、０．０６単位（ＥＵ）／ｍＬ未満のエンドトキシンを含む。ポリカルボキシベタインヒドロゲルは、最高４週間の間マウスの皮下に移植した。結果は、ポリカルボキシベタインが、移植のためによく受け入れられているモデルの医用材料であるポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）（ポリＨＥＭＡ）ヒドロゲルのそれと同等のインビボ生体適合性を有することを示した。双性イオンポリマーの無毒特性は、それらのカチオン性ポリマー前駆体の毒性を変換し、死滅微生物および吸着タンパク質が表面に集積することを防止することができる非汚染特性をさらに提供する。
【０１０７】
切替可能なポリマーコーティングおよび船舶コーティングでのそれらの使用
双性イオンポリマーに加水分解性である本発明で有用なカチオン性ポリマーは、例えば船舶コーティングを含む様々な装置の表面のコーティングとして、有利に用いることができる。この実施形態では、本発明で有用なカチオン性ポリマーは、自己研磨性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面を提供する。
【０１０８】
図７は、自己研磨性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面の略図である。図７を参照すると、抗微生物性表面（ａ）は、細菌を効果的に死滅させる本発明の代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、図８を参照）でコーティングした表面である。加水分解の際（ｂ）、代表的なカチオン性ポリマーは非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２エステルに対応するカルボキシレート）に変換され、表面にとどまっている死細菌は非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１）から放出され（ｃ）、双性イオンポリマーでコーティングされている表面を提供し、それは、細菌接着に高度抵抗性である（ｄ）。
【０１０９】
上記の物質は、生体適合性、抗微生物性および非汚染性の表面を提供するために船舶表面をコーティングするために、有利に用いられる。したがって、別の態様では、本発明は、上記の１つまたは複数の物質が塗布された（例えば、コーティング、共有結合、イオン的に結合、疎水的に結合した）表面（すなわち、１つまたは複数の表面）を有する船舶装置および材料を提供する。物質で有利に処理すること、物質を含むように修飾することができ、または物質を組み込む代表的な海洋装置には、海洋船舶（例えば、ボートまたは船体）が含まれる。
【０１１０】
上記のように、一実施形態では、本発明は、非汚染性表面の利点を組み合わせ、１時間で９９．９％を超えるＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｋ１２を死滅させることができ、カチオン性誘導体が非汚染性双性イオンポリマーに加水分解されると死菌の９８％が放出される、切替可能なポリマー表面コーティングを提供する。ｐＣＢＭＡ−１−Ｃ２（式（Ｉ）のカチオンポリマーであって、式中、Ｌ１は−Ｃ（＝Ｏ）ＯＣＨ２ＣＨ２−であり、Ｌ２は−ＣＨ２−であり、ＲｃはＣＨ２ＣＨ３であり、Ｘ−はＢｒ−である）対照コーティングを、表面開始原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって、イニシエーターで被覆された金表面に移植した。得られたポリマーコーティングの、原子間力鏡検（ＡＦＭ）によって測定した厚みは、２６〜３２ｎｍであった（表１）。
【０１１１】
【表１】
ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面の殺菌活性は、修正した文献方法（Ｔｉｌｌｅｒら、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ９８巻：５９８１頁、２００１年）に従ってＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２を用いて測定した。恒久カチオン性ポリ（メタクリロイルオキシエチル−ジメチルオクチルアンモニウムブロミド）（ｐＣ８ＮＭＡ、カチオン対照、図８を参照）、および双性イオンポリ（２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−［２’−（メタクリロイルオキシ）エチル］エタナミニウム）（ｐＣＢＭＡ−２、双性イオン対照、図８を参照）を、それぞれ陽性対照および陰性対照の表面として用いた。抗微生物効果は、ｐＣＢＭＡ−２表面のそれらと比較した、試験表面の生細胞の量と定義された。図９は、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡ表面が、ｐＣＢＭＡ−２表面と比較して、１時間でそれぞれ９９．９％および９９．６％を超えるＥ．ｃｏｌｉを死滅させることを示す。陰性対照表面としても用いられた金表面の生細菌細胞の総数は、ｐＣＢＭＡ−２表面のそれに類似している。
【０１１２】
Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２の付着および放出は、加水分解の前後にｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面で試験した。カチオン性ｐＣ８ＮＭＡおよび双性イオンｐＣＢＭＡ−２は、それぞれ陰性および陽性の非汚染性対照表面として、また、それぞれ陽性および陰性の抗微生物性対照表面として用いた。図１０Ａ〜１０Ｆは、加水分解の前に大量の細菌がカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡ表面に付着したが、双性イオンｐＣＢＭＡ−２表面には極めて少ない細菌細胞しか付着しなかったことを示す。ｐＣ８ＮＭＡと対照的に、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２は加水分解の後に大多数の細胞を放出したが、ｐＣＢＭＡ−２は非汚染のままであった。図１１は、加水分解の前後に全３つのポリマー表面にとどまっていた細菌細胞の量の定量データを示す。加水分解の前にはカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの両方の表面に類似した量の細菌残留物があったが、ｐＣＢＭＡ−２表面の付着細胞の量は、カチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２およびｐＣ８ＮＭＡの両方の表面のそれの０．３％未満である。細菌残留物の放出を試験するために、３つの表面をＮ−シクロヘキシル−３−アミノプロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）緩衝液（１０ｍＭ、ｐＨ１０．０）に３７℃で８日間インキュベートした。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面はポリ（Ｎ−（カルボキシメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−［（２−メチル−１−オキソ−２−プロペン−１−イル）−オキシ］エタナミニウム）（ｐＣＢＭＡ−１）に加水分解され、死細菌細胞の９８％が放出された。対照的に、ｐＣ８ＮＭＡ表面では死細胞の放出は観察されなかった（ｐ＞０．１）が、ｐＣＢＭＡ−２表面は非常に低い細菌接着を保持した。
【０１１３】
付着細菌細胞の放出は、双性イオンｐＣＢＭＡ−１へのカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２の変換に依存する。ベタインエステルの加水分解速度は、いくつかの因子、例えば第四級アミンとカルボキシル基間のスペーサー（Ｌ２）の長さ、加水分解性基の性質、温度およびｐＨ値によって影響される。用いたエステル基のポリマー鎖の大多数が加水分解された。ベタインエステルの加水分解速度は、細菌細胞およびタンパク質が表面に付着した後にも、より遅い。１つのメチレンスペーサー（Ｌ２）を有するｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２を選択し、実験温度は、速い加水分解速度を達成し、生理的に関連した温度を提供するために３７℃に設定した。タンパク質吸着結果（表２を参照）は、清潔なカチオン性ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面は、３７℃およびｐＨ１０．０でわずか２４時間後に非汚染性双性イオン表面に加水分解されたが、非汚染性表面を形成し、１０７個の細胞・ｍＬ−１のＥ．ｃｏｌｉ Ｋ１２懸濁液からの細菌の付着の後に細菌残留物を放出するのに、４８時間を必要とすることを示した。１０１０個の細胞・ｍＬ−１の懸濁液から細菌細胞がｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面に付着した場合、同じ加水分解条件の下で付着細菌の放出に８日を要した。
【０１１４】
表面の非汚染性特性を測定するために、様々な表面への非特異的タンパク質吸着を、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーで測定した（表２を参照）。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２および対照表面の加水分解条件を、ＳＰＲセンサーによりインシトゥで調査した。図１２Ａおよび１２Ｂは、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２および対照表面へのフィブリノーゲンの経時的吸着の、代表的なＳＰＲセンサーグラムを示す。加水分解前のｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２へのフィブリノーゲン吸着は、２２９．２ｎｇ・ｃｍ−２であった。ＣＡＰＳ緩衝液（ｐＨ１０．０）との２４時間のインキュベーションの後、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２表面への測定可能なタンパク質吸着はなかったが、そのことは、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２が非汚染性双性イオンｐＣＢＭＡ−１に完全に加水分解されることを示した。対照的に、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２の加水分解は、水またはＮ−シクロヘキシル−２−アミノエタンスルホン酸（ＣＥＨＳ）緩衝液（ｐＨ９．０）のいずれでの２４時間のインキュベーションの後にも完全でなかった。図１２Ｂに示すように、表面を３７℃で２４時間ＣＡＰＳ緩衝液（ｐＨ１０．０）とインキュベートした前後に、高いフィブリノーゲン吸着がｐＣ８ＮＭＡ表面で観察された。しかし、同一条件下でも、ｐＣＢＭＡ−２表面は優れた非汚染特性を示し、２ｎｇ・ｃｍ−２未満のフィブリノーゲン吸収であった。この結果は、得られた双性イオン表面がタンパク質吸着に高度抵抗性であって、超低汚染性表面として適格であることを示す。
【０１１５】
この実施形態では、本発明は、抗微生物性および非汚染性の特性を組み込み、生体適合性である切替可能なポリマー表面を提供する。代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡの前駆体）は、細菌細胞を効果的に死滅させることができ、加水分解後に双性イオン非汚染性表面に切り替わり、死細菌細胞を放出する。さらに、生じた非汚染性双性イオン表面は、さらにタンパク質および微生物の付着を防止することができ、表面でのビオフィルムの形成を減少させることができる。抗微生物性から非汚染性表面への切替可能な過程は、適用の特定の要件のために、これらのポリマーの加水分解速度の調節を通して調整することができる。
【０１１６】
上記のように、本発明において有用であるカチオン性ポリマーは、疎水性の対イオンまたは治療活性（例えば、抗微生物性または抗細菌性の活性）を有する対イオンを含むことができる。サリチル酸対イオン（ポリＣＢＭＡ−１ Ｃ２）を有する代表的なポリマーは、図１３に例示するモノマー：ＣＢＭＡ−１ Ｃ２（「１」は２つの荷電基の間の１つの炭素を示し、「Ｃ２」はＣ２エステルを示す）から調製することができる。その対イオンとしてサリチル酸（ＳＡ）を加えたポリＣＢＭＡ−１ Ｃ２ヒドロゲルは、１ｍＭ ＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡモノマー（図面１３）を、１ｍｌの溶媒（エチレングリコール：水：エタノール＝１：２：１）中で０．０５ｍＭテトラエチレングリコールジメタクリレートと６５℃で２時間共重合することによって調製した。生じたヒドロゲルは、脱イオン水に１２時間浸した。ヒドロゲルは、直径１ｃｍの円形ディスクに切断した。次に、ヒドロゲルディスクを、異なるｐＨおよびイオン強度の溶液に移し、２５℃または３７℃でインキュベートした。異なる時点で、水相を完全に除去し、新しい溶液を加えた。水相へのＳＡの放出は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって測定した。ＳＡの放出速度は、時間で割った放出されたＳＡの量（ｍｇ／ｈ）と定義される。ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２ ＳＡヒドロゲルからのＳＡの放出速度は、温度、イオン強度およびｐＨによって決まる。図１４および図１５は、より高いｐＨがＳＡの放出を促進し、より高いイオン強度がＳＡの放出速度をわずかに増加させることができることを示した。図１４および図１５を比較することによって、上昇温度が水およびリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）中でＳＡのより速い放出をもたらすことが観察される。ＳＡの放出速度は、すべての条件で時間の関数として低下する。
【０１１７】
双性イオンポリマーに加水分解性である本発明で有用なカチオン性ポリマーは、例えばボートおよび船体を含む様々な海洋装置の表面のコーティングまたはコーティング成分として、有利に用いることができる。この実施形態では、本発明で有用なカチオン性ポリマーは、自己滅菌性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面を提供する。船舶コーティングとして塗布されるカチオン性ポリマーは、海水と接触すると、親水性の非汚染性コーティング（双性イオンコーティング）に変換する。
【０１１８】
図７は、自己滅菌性および非汚染性能力を有する切替可能な生体適合性ポリマー表面の略図である。図７を参照すると、抗微生物性表面（ａ）は、本発明の代表的なカチオン性ポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２、図８を参照）でコーティングした表面である。加水分解の際（ｂ）、代表的なカチオン性ポリマーは非汚染性双性イオンポリマー（すなわち、ｐＣＢＭＡ−１、ｐＣＢＭＡ−１ Ｃ２エステルに対応するカルボキシレート）に変換され、双性イオンポリマーでコーティングされている表面を提供し、それは、細菌接着に高度抵抗性である（ｄ）。
【０１１９】
船舶コーティング用途では、官能的脱離／加水分解性基または官能的対イオンが特に有用である。これらの実施形態では、脱離／加水分解性基および／または対イオンは、有利には抗菌剤または殺生物剤である。本発明の船舶コーティング組成物は、殺生物剤の保存および放出に有効である。
【０１２０】
本発明は、長期塗布のための非汚染性船舶コーティングを提供する。これらの耐久性、非汚染性船舶コーティングは、海水との接触後、最外層が自己研磨性である。コーティングは、汚染放出または汚染防止技術と組み合わせてもよい。
【０１２１】
一実施形態では、船舶コーティングは、対イオンＸ−のための疎水性イオンを有する、本発明で有用なカチオン性ポリマーを含む。この実施形態では、非汚染性船舶コーティングは、以下のポリマーの１つまたは複数を含む：（１）カチオン性ホモポリマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製されるポリマー）；（２）本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンもしくは疎水性のモノマーの共重合によって調製される共重合体；ならびに、（３）混合荷電モノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製される共重合体。
【０１２２】
代表的なカチオン性ホモポリマーには、本発明で有用な上記カチオン性ポリマーならびに下の式（ＩＶ）および（Ｖ）のカチオン性ホモポリマーが含まれる。
【０１２３】
【化１８】
式（ＩＶ）のカチオン性ポリマーは、ポリマー骨格に結合されるペンダント基にカチオン性中心を有する。式（Ｖ）のカチオン性ポリマーは、ポリマー骨格にカチオン性中心を有する。
【０１２４】
式（Ｖ）および（ＶＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリル、アルキル銅、およびアルキル亜鉛から選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；Ｙは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート、ナイトレート、パークロレート（ＣｌＯ４）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４）、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（Ｎ［ＳＯ２ＣＦ３］２）、トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレート（Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−）、Ｃ１〜Ｃ２０スルホネート（Ｒ−ＳＯ３−）、ラクテート、サリチレートおよびそれらの誘導体であり；ｎは、５〜約１００，０００である。
【０１２５】
本発明で有用な、疎水性の対イオンを有する式（ＩＶ）を有する代表的なカチオン性ホモポリマーの調製、ならびにそれらの自己研磨および非汚染性特性を、実施例５に記載する。式（ＩＶ）を有する本発明で有用な代表的なカチオン性ポリマーの水溶性を、表２に要約する。
【０１２６】
【表２】
本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンモノマーの共重合によって調製される代表的共重合体には、下の式（ＶＩ）の共重合体が含まれる。
【０１２７】
【化１９】
混合荷電モノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製される代表的共重合体には、下の式（ＶＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１２８】
【化２０】
式（ＶＩ）および（ＶＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリル、アルキル銅、およびアルキル亜鉛から選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；ｋは、１〜１０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；Ｙは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、サルフェート、ナイトレート、パークロレート（ＣｌＯ４）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４）、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（Ｎ［ＳＯ２ＣＦ３］２）、トリフルオロメチルスルホネート（ＳＯ３ＣＦ３）、Ｃ１〜Ｃ２０カルボキシレート（Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−）、Ｃ１〜Ｃ２０スルホネート（Ｒ−ＳＯ３−）、ラクテート、サリチレートおよびそれらの誘導体であり；ｎは、５〜約１００，０００であり、ｑは、５〜約１００，０００である。
【０１２９】
別の実施形態では、船舶コーティングは、結合剤ポリマーを含有するマトリックスに含まれる双性イオン（親水性）および疎水性の共重合体から形成されるナノ粒子を含む。ナノ粒子は、双性イオンおよび疎水性のブロックを有するブロック共重合体から、または、双性イオンモノマーと疎水性モノマーとのランダム共重合から形成される。ナノ粒子は、非汚染性船舶コーティング組成物として、加水分解性ポリマーを含む結合剤ポリマーと混合することができる。結合剤ポリマーは、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物またはそれらの修飾されたポリマーから選択される。
【０１３０】
双性イオンおよび疎水性のブロックを有することによって調製される代表的な共重合体、または双性イオンおよび疎水性のモノマーの共重合によって調製されるランダム共重合体には、下記の式（ＶＩＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１３１】
【化２１】
式（ＶＩＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は、各出現時、水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、トリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルから選択され；ｍは、１〜２０の整数であり；ｐは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｎは、５〜約１００，０００であり、ｑは、５〜約１００，０００である。
【０１３２】
式（ＶＩＩ）を有する、本発明で有用な代表的なカチオン性共重合体の調製、およびそれらの非汚染性特性を、実施例６で記載する。
【０１３３】
さらなる実施形態では、船舶コーティングは、双性イオンおよびフッ素含有および／またはシリコーンポリマーを含む両親媒性ポリマーを含む。両親媒性ポリマーは、双性イオンモノマー単位または基を組み合わせるフッ素含有または／およびシリコーンポリマーを含む。
【０１３４】
シリコーン主鎖に付属するペルフルオロアルキル基を含有する移植された双性イオン側鎖を有する代表的な両親媒性ポリマーには、下の式（ＩＸ）および（Ｘ）の共重合体が含まれる。
【０１３５】
【化２２】
式（ＩＸ）および（Ｘ）のポリマーについては、Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；ｐは、１〜２０の整数であり；ｑは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｍは、５〜約１００，０００であり、ｎは、２〜約１００，０００である。一実施形態では、ｐは、１〜１０の整数である。一実施形態では、ｑは、１〜１０の整数である。
【０１３６】
シロキサン骨格に移植されたフッ化双性イオンペンダント基を有する本発明の代表的なポリマーの調製を、実施例７に記載する。
【０１３７】
ポリマー骨格に付いているペルフルオロアルキル基を含有する移植された双性イオン側鎖を有する代表的な両親媒性ポリマーには、下の式（ＸＩ）および（ＸＩＩ）の共重合体が含まれる。
【０１３８】
【化２３】
式（ＸＩ）および（ＸＩＩ）のポリマーについては、Ｒ１は水素、メチルおよびエチルから選択され；Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；ｍは、１〜１０の整数であり；ｐは、１〜１０の整数であり；ｋは、１〜２０の整数であり；ｉは、１〜２０の整数であり；Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウム、および他の窒素塩基から選択されるカチオン性中心であり；ｎは５〜約１００，０００であり、ｑは５〜約１００，０００である。
【０１３９】
上記のように、非汚染性船舶コーティングは、以下のポリマーの１つまたは複数を含む：（１）カチオン性ホモポリマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体の重合によって調製されるポリマー）；ならびに（２）本発明のカチオン性モノマー（すなわち、双性イオンモノマーの加水分解性前駆体）および双性イオンもしくは疎水性のモノマーの共重合によって調製される共重合体。これらの実施形態のために、双性イオンモノマーは、重合可能なカルボキシベタイン、重合可能なスルホベタイン、重合可能なホスホベタインおよび他の重合可能な双性イオン化合物から独立に選択される。双性イオンモノマーの加水分解性前駆体は、加水分解の際に双性イオン基を提供する加水分解性官能基を含む重合可能なカチオン性モノマーから選択される。上記の重合可能なカチオン性モノマーの対イオンは、親水性および／または疎水性のアニオン、それらの混合物またはそれらの修飾された親水性および／または疎水性のアニオンから選択される。混合荷電モノマーは、正荷電カチオン性部分および負荷電アニオン性部分を有する重合可能なモノマーから選択される。混合荷電モノマーは、混合荷電ポリマーに加水分解することができる、混合荷電モノマー単位の加水分解性前駆体から選択される。上記ポリマーの骨格は、アクリルポリマー、アクリルアミドポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物またはそれらの修飾されたポリマーから選択することができる。
【０１４０】
本発明の船舶用組成物は、他の汚染放出物質（例えば、シリコーンおよび／またはフッ素含有コーティング材）および／または汚染防止物質（例えば、金属化合物または殺生物剤）をさらに含むことができる。
【０１４１】
以下の実施例は、請求される発明を限定するのではなく、例示するために提供される。
【実施例】
【０１４２】
（実施例１）
代表的なカチオン性ポリマーの合成および特性評価
材料。Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（＞９８％）を、ＴＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｐｏｒｔｌａｎｄ、ＯＲから購入した。ブロモ酢酸メチル（９７％）、エチル４−ブロモ酪酸（≧９７．０％）、エチル６−ブロモヘキサン酸（９９％）、臭化銅（Ｉ）（９９．９９９％）、臭化ブロモイソブチリル（ＢＩＢＢ９８％）、１１−メルカプト−１−ウンデカノール（９７％）および２，２’−ビピリジン（ＢＰＹ９９％）、および２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオニトリル）（ＡＩＢＮ９８％）を、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。フィブリノーゲン（ウシ血漿からの分画Ｉ）およびリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４、０．１５Ｍ、１３８ｍＭ ＮａＣｌ、２．７ｍＭ ＫＣｌ）を、Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から購入した。エタノール（無水２００プルーフ）は、ＡＡＰＥＲ Ａｌｃｏｈｏｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から購入した。実験で用いた水は、ミリポア純水装置を１８．０ＭΩ．ｃｍの最小比抵抗で用いて精製した
ω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレート（１）を、Ｉｌｋｅｒ， Ｍ． Ｆ．；Ｎｕｅｓｓｌｅｉｎ， Ｋ．；Ｔｅｗ， Ｇ． Ｎ．；Ｃｏｕｇｈｌｉｎ， Ｅ． Ｂ．、「Ｔｕｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｈｅｍｏｌｙｔｉｃ ａｎｄ Ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ Ａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃ Ｐｏｌｙｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ１２６巻（４８号）：１５８７０〜１５８７５頁、２００４年に記載の方法を用いて、ＢＩＢＢおよび（２）の反応を通して合成した。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＣＤＣｌ３）： ４．１５ （ｔ， Ｊ＝６．９， ２Ｈ， ＯＣＨ２）， ２．５１ （ｑ， Ｊ＝７．５， ２Ｈ， ＳＣＨ２）， １．９２ （ｓ， ６Ｈ， ＣＨ３）， １．５７−１．７２ （ｍ， ４Ｈ， ＣＨ２）， および１．２４−１．４０ （ｍ， １６Ｈ， ＣＨ２）．
カチオン性モノマー合成
ＣＢＡＡ−１−エステル：（２−カルボキシメチル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、メチルエステル。
【０１４３】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（２５ｍｍｏｌ）、ブロモ酢酸メチル（３７．５ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、室温で６時間、窒素雰囲気の下で撹拌した。沈殿物を収集し、約５００ｍＬの無水アセトンで洗浄した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、白色粉末（９６％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： ２．０２ （ｍ， ２Ｈ， −ＣＨ２−）， ３．２５ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．３７ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｎ＋）， ３．５８ （ｍ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｎ）， ３．７９ （ｓ， ３Ｈ， Ｏ−ＣＨ３）， ４．２９ （ｓ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ５．７７ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．１９ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２３ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
ＣＢＡＡ−３−エステル：（４−カルボキシプロピル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、エチルエステル。
【０１４４】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（５０ｍｍｏｌ）、エチル４−ブロモブチレート（６０ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、室温で３日間、窒素雰囲気の下で撹拌した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、無色油（９２％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）：１．２２ （ｔ， ３Ｈ ＣＨ３）， ２．００ （ｍ， ４Ｈ， Ｃ−ＣＨ２−Ｃ）， ２．４７ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ３．０６ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．２８−３．３５ （６Ｈ， ＣＨ２−ＮおよびＣＨ２−Ｎ＋−ＣＨ２ ）， ４．１４ （ｑ， ２Ｈ， Ｏ−ＣＨ２）， ５．７５ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．１９ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２６ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
ＣＢＡＡ−５−エステル：（６−カルボキシペンチル）３−アクリルアミドプロピルジメチルアンモニウムブロミド、エチルエステル。
【０１４５】
Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド（５０ｍｍｏｌ）、エチル６−ブロモヘキサノエート（５５ｍｍｏｌ）およびアセトニトリル（２５ｍＬ）を、１００ｍＬ丸底フラスコに加えた。混合液を、４５℃で５日間、窒素雰囲気の下で撹拌した。溶媒を回転蒸発装置で除去し、わずかに黄色を帯びた油（８７％収率）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： １．２０ （ｔ， ３Ｈ ＣＨ３）， １．３４ （ｍ， ２Ｈ， Ｃ−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−Ｃ）， １．６０−１．７２ （４Ｈ， Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ）， ２．００ （ｍ， ２Ｈ， Ｎ−Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−Ｎ）， ２．３４ （ｔ， ２Ｈ， ＣＨ２−Ｃ＝Ｏ）， ３．０４ （ｓ， ６Ｈ， Ｎ＋（ＣＨ３）２）， ３．２４−３．３７ （６Ｈ， ＣＨ２−ＮおよびＣＨ２−Ｎ＋−ＣＨ２）， ４．１２ （ｑ， ２Ｈ， Ｏ−ＣＨ２）， ５．７５ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ−ｔｒａｎｓ）； ６．２０ （ｍ， １Ｈ， ＣＨ＝Ｃ−ＣＯＮ− ｃｉｓ）， ６．２４ （ｍ， １Ｈ， ＝ＣＨ−ＣＯＮ−）．
代表的なカチオン性ポリマーの合成
表面開始ＡＴＲＰ。３つのモノマー、ＣＢＡＡ−１−エステル、ＣＢＡＡ−３−エステルおよびＣＢＡＡ−５−エステルを、表面開始ＡＴＲＰを用いて金コーティングＳＰＲセンサーチップまたは金コーティングシリコンチップに移植した。ポリマーブラシの調製および特性評価は、Ｚｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｃｈａｎｇ， Ｙ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｇｒａｆｔｅｄ Ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｖｉａ Ａｔｏｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｓ Ｓｕｐｅｒｌｏｗ Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ１１０巻（２２号）：１０７９９〜１０８０４頁、２００６年、およびＺｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｄｕａｌ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ： Ｎｏｎｆｏｕｌｉｎｇ Ｐｏｌｙ（ｃａｒｂｏｘｙｂｅｔａｉｎｅ） Ｗｉｔｈ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ」、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ７巻（１２号）：３３１１〜３３１５頁、２００６年に記載される。過去の刊行物。簡潔には、ＣｕＢｒ（１ｍｍｏｌ）およびＢｒ−チオールＳＡＭを有するＳＰＲチップまたは金ディスクを、窒素パージした反応試験管に入れた。ＣＢＡＡエステル（６．５ｍｍｏｌ）を有する脱気溶液（１：１の容量比の純水およびメタノール、１０ｍＬ）およびＢＰＹ（２ｍｍｏｌ、５ｍＬの脱気したメタノール中）を、注射器で試験管に移した。窒素の下で１時間を超える反応の後、ＳＰＲチップまたは金ディスクを取り出し、エタノール、水およびＰＢＳ溶液で洗浄した。試料は、試験の前にＰＢＳ溶液で保存した。
【０１４６】
ポリマー合成および特性評価
メタノール中の約０．３ＭのＣＢＡＡ−１−エステル溶液を、窒素で３０分間パージした。次に、イニシエーターとして３モル％ＡＩＢＮを用いて、窒素下６０℃で約４８時間重合を実施して、ポリＣＢＡＡ−１−エステルを提供した。ポリＣＢＡＡ−３−エステルまたはポリＣＢＡＡ−５−エステルの調製のために、溶媒としてエタノールを用いて同様の方法を適用した。ポリマーをエチルエーテルで洗浄し、次に溶媒を除去した。ポリマーの構造は、ＮＭＲで確認した。
１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， Ｄ２Ｏ）： ポリＣＢＡＡ−１−エステル： １．６２ （ｂｒ， ２Ｈ）， ２．０５ （ｂｒ， ３Ｈ）， ３．２５−３．３２ （ｂｒ， ８Ｈ）， ３．６２ （ｂｒ， ２Ｈ）， ３．８３ （ｓ， ３Ｈ）， ４．３８ （ｓ， ２Ｈ）； ポリＣＢＡＡ−３−エステル １．２１ （ｔ， ３Ｈ）， １．６１ （ｂｒ， ２Ｈ）， ２．０４ （ｂｒ， ５Ｈ）， ２．５０ （ｔ， ２Ｈ）， ３．３７ （ｂｒ， ６Ｈ）， ３．１２ （ｓ， ６Ｈ）， ４．１４ （ｑ， ２Ｈ）； ポリＣＢＡＡ−５−エステル： １．２２ （ｔ， ３Ｈ）， １．３７ （ｍ， ２Ｈ）， １．６２−１．８０ （ｂｒ ｍ， ６Ｈ）， ２．０１ （ｂｒ， ３Ｈ）， ２．３９ （ｔ， ２Ｈ）， ３．０３ （ｓ， ６Ｈ）， ３．２４ （ｂｒ ｍ， ６Ｈ）， ４．１２ （ｑ， ２Ｈ）．
線状ポリＣＢＡＡの分子量は、Ｗａｔｅｒｓ Ｕｌｔｒａｈｙｄｒｏｇｅｌ １０００カラムを備えたＷａｔｅｒｓ Ａｌｌｉａｎｃｅ ２６９５ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ Ｍｏｄｕｌｅを用いて推定し、Ｗａｔｅｒｓ ２４１４ Ｒｅｆｌｅｘ Ｄｅｔｅｃｔｏｒで検出した。移動相は、０．５ｍＬ／分の流速の水溶液であった。器具およびカラムは、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓからのポリ（エチレンオキシド）標準で較正した。すべての測定は、３５℃で実施した。ポリマーの分子量は、ＷａｔｅｒｓからのＥｍｐｏｗｅｒ Ｐｒｏを用いて計算した。
【０１４７】
（実施例２）
代表的なカチオン性ポリマー加水分解
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、５０ｍｇ／ｍＬの濃度で、異なる濃度（１０ｍＭ、１００ｍＭおよび１Ｍ）のＮａＯＨ溶液に溶解させた。適当な時間の後、希ＨＣｌ溶液でポリマー溶液を中和し、水は減圧除去した。１Ｈ ＮＭＲ分光法（Ｄ２Ｏ）を実施し、変化していないエステル基の量を測定し、内部標準として他の非加水分解性ペンダント基と比較することによって、分解速度を測定した。結果を、図３に示す。
【０１４８】
（実施例３）
代表的なカチオン性ポリマーのタンパク質吸着および放出
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）によって、タンパク質吸着について評価した。
【０１４９】
タンパク質吸着は、波長調査に基づくカスタムメイドのＳＰＲセンサーで測定した。ＳＰＲチップをプリズムの基部に付着させ、屈折率マッチング流体（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）を用いて光学接触を確立した。２つの独立した並流チャネルを有する二重チャネル流動セルを用いて、実験の間、液体試料を封じ込めた。臑動ポンプ（Ｉｓｍａｔｅｃ）を利用して、流動セルの２つのチャネルに液体試料を送達した。ＰＢＳ（０．１５Ｍ、ｐＨ７．４）中の１．０ｍｇ／ｍＬのフィブリノーゲン溶液を、０．０５ｍＬ／分の流速で表面に流した。表面感受性ＳＰＲ検出器を用いて、リアルタイムでタンパク質−表面相互作用を監視した。表面濃度（単位面積質量）の変化を測定するために、波長シフトを用いた。結果を、図５Ａ〜５Ｃに示す。
【０１５０】
（実施例４）
代表的なカチオン性ポリマーの抗微生物特性
実施例１に記載のように調製されたカチオン性ポリマーを、それらの抗微生物特性について評価した。
【０１５１】
ＬＢ寒天プレート上で、Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２を３７℃で一晩別々の純粋な培養で先ず培養し、次に、それを振盪させながら３７℃で２４時間インキュベートした。４℃で保存される場合、寒天プレート上の培養物は２週間にわたって用いることができる。数個のコロニーを用いて、２５ｍｌのＬＢ（２０ｇ／Ｌ）に接種した。これらの最初の培養物は、３７℃で振盪させながら１００ｒｐｍで１８時間インキュベートし、次に、２００ｍｌの適当な培地で各種の第二の培養物に接種するために用いた。第二の懸濁培養物が６００ｎｍで１．０の光学濃度に到達したとき、４℃で１０分間の８，０００×ｇでの遠心分離によって細菌を収集した。細胞ペレットを滅菌リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４）で３回洗浄し、その後、１０８個の細胞／ｍＬの最終濃度にＰＢＳで懸濁した。
【０１５２】
細菌細胞を含む培養物を、３０℃で前平衡させて振盪させた上記のポリマー懸濁液に加えたときに、代表的なポリマー溶液への細菌細胞の曝露を開始し、混合液を室温で３０分間インキュベートした。最終溶液は約１０８個の細胞／ｍＬのＥ．ｃｏｌｉ、および２ｍＭの反復単位Ｔ濃度を含み、それは、ポリマーの反復単位のモル濃度である（ＣＢＡＡおよびＣＢＡＡ−エステルの分子量に基づき約０．６〜０．７６ｍｇ／ｍＬ）。細菌をＬｉｖｅ／Ｄｅａｄ ＢａｃＬｉｇｈｔ（商標）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、ＵＳＡ）で染色し、その後、細菌懸濁液を０．２μｍ孔径のポリカーボネート膜フィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、ＵＳＡ）でろ過し、１００×油浸油レンズ付きのＮｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ ８０ｉに載せたＣＣＤ−ＣｏｏｌＳＮＡＰカメラ（Ｒｏｐｅｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．、ＵＳＡ）で直接観察した。生細胞および死細胞の数を、Ｃｈｅｎｇ， Ｇ．；Ｚｈａｎｇ， Ｚ．；Ｃｈｅｎ， Ｓ．；Ｂｒｙｅｒｓ， Ｊ． Ｄ．；Ｊｉａｎｇ， Ｓ．、「Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ａｎｄ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２８巻（２９号）：４１９２〜４１９９頁、２００７年に記載のものと同じ顕微鏡で、ＦＩＴＣおよびローダミンフィルターを通してそれぞれ測定した。結果を、図６に示す。
【０１５３】
（実施例５）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：疎水性対イオンを有するカチオン性ポリマー
疎水性対イオンを有し、船舶コーティングの成分として有用である代表的なカチオン性ポリマーの調製が記載される。コーティングの加水分解、自己研磨および非汚染性特性も記載される。
【０１５４】
代表的なカチオン性モノマーおよびポリマー（すなわち、カルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーおよびポリマー）の調製および疎水性イオンによるイオン交換を、図１６に図示し、下に記載する。
【０１５５】
アルキルクロロアセテート。溶媒として硫酸およびベンゼンの存在下で、クロロ酢酸を対応するアルキルアルコールと一晩還流することによってアルキルクロロアセテートを調製した。得られたクロロ酢酸のエステルを減圧蒸留によって精製して、約７０〜９５％の収率で得た。
【０１５６】
ドデシルクロロアセテート。１−ドデカノール（０．２モル、３７．２７ｇ）、クロロ酢酸（０．２モル、１８．９ｇ）、ベンゼン（２００ｍｌ）および硫酸（２ｍｌ）の混合物を、１２時間還流させた。反応の後、混合物を２５％Ｎａ２ＣＯ３（１００ｍｌ）で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、次に蒸発させ、残留した液体を減圧の下で蒸留し、９０％の収率で無色の油（ｂｐ １５０℃／３ｍｍＨｇ）を得た。
【０１５７】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（アルキルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド。Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（アルキルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリドのカチオン性化合物を、アルキルクロロアセテートおよび２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレートからほぼ量的収率で調製した。
【０１５８】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド。２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（０．０５モル、７．８６ｇ）（ドデシルクロロアセテート（０．０６モル、１５．７５ｇ）、アセトニトリル（５０ｍｌ）を、５０℃に２日間加熱した。反応の後、溶媒を蒸発させ、残留した化合物をエーテルで洗浄して、白色の固体を９８％収率で得た。
【０１５９】
疎水性イオンを有するＣＢＭＡ−エステルモノマー。疎水性のアニオンを有するカルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーを、複分解反応方法で合成した。
【０１６０】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレート。Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド（０．１モル、４１．９ｇ）、サリチル酸ナトリウム（０．１２モル、１９．２ｇ）および水（４００ｍｌ）の混合物を、５０℃に２日間加熱した。反応の後、混合物をクロロホルム（５００ｍｌ）で抽出し、クロロホルム抽出物を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過し、次に蒸発乾固させ、白色の固体、Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレートを９０％収率で得た。
【０１６１】
ＣＢＭＡ−エステルポリマー。カルボキシベタインメタクリル酸エステル（ＣＢＭＡ−エステル）モノマーを、フリーラジカル重合法によって重合させた。
【０１６２】
Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレートの重合。窒素ガスの保護の下で、モノマーＮ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ-ジメチルアンモニウムサリチレート（０．１モル、４６．４ｇ）を５００ｍｌフラスコに入れ、クロロホルム（２５０ｍｌ）を加えた。混合物を６５℃に１０分間加熱した後に、開始剤ＡＩＢＮ（２，２’−アゾ−ビス（イソブチロニトリル））（０．４７ｇ）を溶液に加えた。反応を２４時間続け、次にヘキサン（２Ｌ）に注いだ。ポリマーを、溶液中に沈殿させた。ろ過および乾燥の後、ポリマーを白色固体として８５％の収率で得た。
【０１６３】
得られたポリマー、例えばポリ（Ｎ−（メタクリロキシエチル−Ｎ−（ドデシルアセテート）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムサリチレート）は疎水性であり、エステル基のサイズおよび疎水性イオンのタイプによって、水に溶解することができない。これらの疎水性ポリマーは、海水条件の下で親水性のポリ（カルボキシベタインメタクリレート）（ＣＢＭＡ）に加水分解することができる（図１７を参照）。本発明で有用な代表的なカチオン性ポリマーの水溶性を、表２に示す。
【０１６４】
代表的な船舶コーティングの非汚染特性。酵素結合免疫吸着検定法（ＥＬＩＳＡ）で試験したタンパク質吸着実験のために、疎水性のポリ（ＣＢＭＡ−エステル）をパネル（１０ｍｍ×１０ｍｍ）の上へスピンコートした。人工海水（図１８を参照）および塩基性溶液（加速実験、図１９を参照）中での加水分解時間を増加させることで、フィブリノーゲン吸着を３０〜４０％のレベルに減少させることができることが判明した。これらの疎水性ポリマー（ｐ＝２〜１８およびＹ＝サリチル酸イオン、表２および図１７を参照）を、エポキシをプライマーとしてパネル（４”×８”）の上へ噴霧コートした。フロリダでの野外試験の結果の例を、図２０に示す。フロリダでの野外試験では、２００８年４月〜５月に、静電浸漬パネルをＳｅｂａｓｔｉａｎ入江近くのＩｎｄｉａｎ Ｒｉｖｅｒラグーンで曝露させた。すべてのパネルを、１／２”亜鉛メッキメッシュケージング内の水面下１メートルに保持した。これらのパネルのデジタル写真を撮影した（図２０を参照）。
【０１６５】
（実施例６）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：ブロック共重合体からのナノ粒子
船舶コーティングの成分として有用である代表的なナノ粒子の調製を記載する。コーティングの非汚染性特性も記載する。
【０１６６】
双性イオンブロック（スルホベタイン）および疎水性ブロックを有する代表的なブロック共重合体の調製を、図２１に図示し、下に記載する。図２１を参照すると、アルキルメタクリレートの重合によって疎水性のブロックを調製する。疎水性のブロックは、基転移重合（ＧＴＰ）または原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）方法によって調製することができる。このジブロック共重合体は、疎水性ブロックおよびアミンモノマーを用いたＧＴＰまたはＡＴＲＰによって調製され、それが、その後四級化されて双性イオンブロックおよび疎水性ブロックを有するジブロック共重合体を提供するジブロック共重合体となる。
【０１６７】
スルホベタインメタクリレートおよびアルキルメタクリレートのジブロック共重合体は、基転移重合（ＧＴＰ）または原子転移ラジカル重合（ＡＴＲＰ）方法と、それに続く１，３−プロパンスルトンによる四級化によって合成し、対応する双性イオン含有ジブロック共重合体を高収率で得ることができる。
【０１６８】
ドデシルメタクリレートおよびスルホベタインメタクリレートのブロック共重合体のＡＴＲＰ方法による合成方法は、以下の通りである。
【０１６９】
ブロック１。トルエン（１００ｍｌ）を含有するＳｃｈｌｅｎｋフラスコに、Ｃｕ（Ｉ）Ｂｒ（０．００２モル、０．２９ｇ）、２，２’−ジピリジル（０．００６モル、０．９５ｇ）およびドデシルメタクリレート（０．１モル、２５ｇ）を加えた。溶液を１５分間脱気し、９０℃に１０分間加熱した。次に、メチル２−ブロモプロピオン酸（０．００２モル、０．３３４ｇ）を溶液に加えた。反応の後、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）分析の前に、触媒残渣を塩基性アルミナのカラムを通すろ過によって除去した。ポリマーは、メタノール中への沈殿によって単離した。変換は、５０℃の減圧オーブンで一定重量まで乾燥させることによる、重量測定によって測定した。
【０１７０】
ブロック２。トルエン（１００ｍｌ）を含有するＳｃｈｌｅｎｋフラスコに、Ｃｕ（Ｉ）Ｃｌ（０．００２モル、０．２０ｇ）、ＰＭＤＥＴＡ（１，１，４，７，７−ペンタメチルジエチレントリアミン）（０．００２モル、０．３５ｇ）および、ブロック１から得られたポリマー（２０ｇ）を加えた。溶液を１５分間脱気し、９０℃に１０分間加熱した。次に、モノマー２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（０．１３モル、２０ｇ）を溶液に加えた。反応の後、ＧＰＣ分析の前に、触媒残渣を塩基性アルミナのカラムを通すろ過によって除去した。ポリマーは、メタノール中への沈殿によって単離した。変換は、５０℃の減圧オーブンで一定重量まで乾燥させることによる、重量測定によって測定した。得られたブロックポリマーをＴＨＦ（２００ｍｌ）に加え、過剰な１，３−プロパンスルホンを加えた。混合物を室温で２４時間撹拌して、対応する双性イオン含有ジブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体は、疎水性有機溶媒または水溶液中で自然発生自己集合を起こし、ナノ粒子を形成する。
【０１７１】
船舶コーティング。ナノ粒子を加水分解性シリルエステル結合剤ポリマーと混合して、パネルの上にコーティングした。ハワイでの野外試験の結果を、図２２に示す。ハワイでの野外試験については、試験サイトは、Ｆｏｒｄ Ｉｓｌａｎｄ、Ｐｅａｒｌ Ｈａｒｂｏｒ、Ｈｏｎｏｌｕｌｕ、Ｈａｗａｉｉの南部の埠頭であった。パネルは、埠頭の下の杭材の上に取り付けたラックからつるした。パネルは、２００８年５月〜６月に、汚染生物および参集体の多様な群集に曝露させた。
【０１７２】
（実施例７）
代表的な船舶コーティング組成物の調製および特性：シロキサンコーティング
船舶コーティングの成分として有用である、フッ化カルボキシベタインおよびポリメチルヒドロシロキサンの双性移植ポリマーの調製を記載する。
【０１７３】
代表的な双性イオン移植ポリマーの調製を、図２３に図示し、下に記載する。
【０１７４】
触媒としてＨ２ＰｔＣｌ６を用いて、フッ素含有双性イオンアルケンを、ポリメチルヒドロシロキサンまたは他のシリコーン誘導体に加えることができる。得られたポリマーは、両親媒特性を有し、良好な汚染防止および汚染解除特性を有する。ポリメチルヒドロシロキサンへのフッ素含有双性イオン化合物の移植を調製する１つの方法は、以下の通りである。
【０１７５】
ポリ（メチルアルキルシロキサン）の合成は、様々な長さのαオレフィンとのポリ（メチルヒドロシロキサン）のヒドロシル化（ｈｙｄｒｏｓｉｌａｔｉｏｎ）反応によって実施した。温度計、機械撹拌器および窒素パージを備えた三つ口丸底フラスコに、ポリ（メチルヒドロシロキサン）（２０ｇ）および乾燥トルエン（１００ｍｌ）中の過剰なαオレフィンを加えた。次にクロロ白金酸（ヘキサクロロ白金酸（ＩＶ）（１５０ｐｐｍ）を反応混合液に加え、それを６０℃に３日間維持した。反応混合液をろ過して触媒を除去し、活性炭で１時間還流し、ろ過した。溶媒を、減圧下で除去した。過剰なαオレフィンを、減圧下で除去した。最後に、ポリマーを乾燥トルエン（１００ｍｌ）で再び溶解し、過剰な多フッ化グルタル無水物を溶液に加え、室温で２日間加熱して、最終フッ化双性イオン移植ポリマーを得た。
【０１７６】
例示的な実施形態を例示し、記載したが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、それに様々な変更を加えることができることはいうまでもない。
【０１７７】
排他的占有または特権が請求される本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲に定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ポリマー骨格；
（ｂ）それぞれが第一のリンカーによって前記ポリマー骨格に共有結合している複数のカチオン性中心；
（ｃ）各カチオン性中心に結合している対イオン；および
（ｄ）第二のリンカーを介して各カチオン性中心に共有結合している加水分解性基であって、アニオン性中心に加水分解性であり、前記第二のリンカーを介して前記カチオン性中心に共有結合している前記アニオン性中心を有する双性イオンポリマーを提供する加水分解性基
を含むカチオン性ポリマーを含む船舶コーティング。
【請求項２】
前記ポリマーが、式
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ
を有し、式中、
ＰＢはｎ個のペンダント基Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；
Ｎ＋はカチオン性中心であり；
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択され；
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、ＡがＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯからなる群から選択され、Ｒｃが１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基である加水分解性基であり；
Ｌ１は、前記カチオン性中心を前記ポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；
Ｌ２は、前記カチオン性中心を前記加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；
Ｘ−は、前記カチオン性中心に結合している対イオンであり；
ｎは、約１０〜約１０，０００の整数である、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項３】
前記対イオンが疎水性の有機対イオンである、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項４】
前記対イオンがＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートおよびＣ１〜Ｃ２０アルキルスルホネートからなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項５】
前記対イオンが生物学的に活性である、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項６】
前記対イオンが抗菌剤、抗細菌剤および抗真菌剤からなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項７】
前記対イオンがサリチレートである、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項８】
前記加水分解性基が加水分解の際に疎水性の有機基を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項９】
前記加水分解性基が加水分解の際にＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートを放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１０】
前記加水分解性基が加水分解の際に生物学的活性物質を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１１】
前記加水分解性基が加水分解の際に抗菌剤、抗細菌剤または抗真菌剤を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１２】
前記カチオン性中心が、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムからなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１３】
ＲａおよびＲｂが、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状アルキル基からなる群から独立に選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１４】
Ｌ１が−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−からなる群から選択され、式中、ｎは１〜２０の整数である、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１５】
Ｌ２が−（ＣＨ２）ｎ−であり、式中、ｎは１〜２０の整数である、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１６】
Ａが、Ｃ、ＳＯおよびＰＯからなる群から選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１７】
ＲｃがＣ１〜Ｃ２０アルキルである、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１８】
Ｘ−が、ハライド、カルボキシレート、アルキルスルホネート、サルフェート；ナイトレート、パークロレート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメチルスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、ラクテートおよびサリチレートからなる群から選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１９】
船舶コーティングであって、式
【化２４】
を有する共重合体を含み、式中、
Ｒ１は各出現時に、水素、メチルおよびエチルからなる群から独立に選択され；
Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルからなる群から独立に選択され；
Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールおよびトリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルからなる群から選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｍは、１〜２０の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、５〜約１００，０００の整数である、船舶コーティング。
【請求項２０】
Ｒ４がＣ４〜Ｃ１２アルキルである、請求項１９に記載の船舶コーティング。
【請求項２１】
船舶コーティングであって、式
【化２５】
を有する共重合体を含み、式中、
Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、１〜２０の整数であり；
ｍは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数である、船舶コーティング。
【請求項２２】
Ｒがアンモニウムである、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２３】
前記共重合体がブロック共重合体である、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２４】
結合剤ポリマーをさらに含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２５】
前記結合剤ポリマーが、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４に記載の船舶コーティング。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のコーティングで処理された船舶基材の表面。
【請求項２７】
前記基材が海洋船体である、請求項２６に記載の表面。
【請求項２８】
前記基材が海洋構造物である、請求項２６に記載の表面。
【請求項２９】
前記海洋構造物がプロペラ、潜望鏡またはセンサーである、請求項２８に記載の表面。
【請求項３０】
前記海洋構造物が船橋である、請求項２８に記載の表面。
【請求項３１】
前記海洋構造物が魚網である、請求項２８に記載の表面。
【請求項３２】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のコーティングを船舶基材の表面に塗布することを含む、船舶基材の表面を処理する方法。
【請求項３３】
前記コーティングを塗布することがコーティングを噴霧することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記コーティングを塗布することがコーティングをペイントすることを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記基材が船体または海洋構造物である、請求項３２に記載の方法。
【請求項１】
（ａ）ポリマー骨格；
（ｂ）それぞれが第一のリンカーによって前記ポリマー骨格に共有結合している複数のカチオン性中心；
（ｃ）各カチオン性中心に結合している対イオン；および
（ｄ）第二のリンカーを介して各カチオン性中心に共有結合している加水分解性基であって、アニオン性中心に加水分解性であり、前記第二のリンカーを介して前記カチオン性中心に共有結合している前記アニオン性中心を有する双性イオンポリマーを提供する加水分解性基
を含むカチオン性ポリマーを含む船舶コーティング。
【請求項２】
前記ポリマーが、式
ＰＢ−（Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）ｎ （Ｘ−）ｎ
を有し、式中、
ＰＢはｎ個のペンダント基Ｌ１−Ｎ＋（Ｒａ）（Ｒｂ）−Ｌ２−Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃ）を有するポリマー骨格であり；
Ｎ＋はカチオン性中心であり；
ＲａおよびＲｂは、水素、アルキルおよびアリールから独立に選択され；
Ａ（＝Ｏ）−ＯＲｃは、ＡがＣ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯからなる群から選択され、Ｒｃが１つまたは複数の置換基でさらに置換されてもよいアルキル、アリール、アシルまたはシリル基である加水分解性基であり；
Ｌ１は、前記カチオン性中心を前記ポリマー骨格に共有結合させるリンカーであり；
Ｌ２は、前記カチオン性中心を前記加水分解性基に共有結合させるリンカーであり；
Ｘ−は、前記カチオン性中心に結合している対イオンであり；
ｎは、約１０〜約１０，０００の整数である、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項３】
前記対イオンが疎水性の有機対イオンである、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項４】
前記対イオンがＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートおよびＣ１〜Ｃ２０アルキルスルホネートからなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項５】
前記対イオンが生物学的に活性である、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項６】
前記対イオンが抗菌剤、抗細菌剤および抗真菌剤からなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項７】
前記対イオンがサリチレートである、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項８】
前記加水分解性基が加水分解の際に疎水性の有機基を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項９】
前記加水分解性基が加水分解の際にＣ１〜Ｃ２０カルボキシレートを放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１０】
前記加水分解性基が加水分解の際に生物学的活性物質を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１１】
前記加水分解性基が加水分解の際に抗菌剤、抗細菌剤または抗真菌剤を放出する、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１２】
前記カチオン性中心が、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムからなる群から選択される、請求項１に記載の船舶コーティング。
【請求項１３】
ＲａおよびＲｂが、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分枝状アルキル基からなる群から独立に選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１４】
Ｌ１が−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−からなる群から選択され、式中、ｎは１〜２０の整数である、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１５】
Ｌ２が−（ＣＨ２）ｎ−であり、式中、ｎは１〜２０の整数である、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１６】
Ａが、Ｃ、ＳＯおよびＰＯからなる群から選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１７】
ＲｃがＣ１〜Ｃ２０アルキルである、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１８】
Ｘ−が、ハライド、カルボキシレート、アルキルスルホネート、サルフェート；ナイトレート、パークロレート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメチルスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、ラクテートおよびサリチレートからなる群から選択される、請求項２に記載の船舶コーティング。
【請求項１９】
船舶コーティングであって、式
【化２４】
を有する共重合体を含み、式中、
Ｒ１は各出現時に、水素、メチルおよびエチルからなる群から独立に選択され；
Ｒ２およびＲ３は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルからなる群から独立に選択され；
Ｒ４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールおよびトリ（Ｃ１〜Ｃ８アルキル）シリルからなる群から選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｍは、１〜２０の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、５〜約１００，０００の整数である、船舶コーティング。
【請求項２０】
Ｒ４がＣ４〜Ｃ１２アルキルである、請求項１９に記載の船舶コーティング。
【請求項２１】
船舶コーティングであって、式
【化２５】
を有する共重合体を含み、式中、
Ｒ１およびＲ２は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルおよびフルオロアルキルから独立に選択され；
Ｒは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムから選択されるカチオン性中心であり；
ｐは、１〜２０の整数であり；
ｑは、１〜２０の整数であり；
ｍは、５〜約１００，０００の整数であり；
ｎは、５〜約１００，０００の整数である、船舶コーティング。
【請求項２２】
Ｒがアンモニウムである、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２３】
前記共重合体がブロック共重合体である、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２４】
結合剤ポリマーをさらに含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の船舶コーティング。
【請求項２５】
前記結合剤ポリマーが、ロジン、アクリルポリマー、ポリエステル、アミノ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシおよびフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリホスファゼン、ポリシロキサンおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４に記載の船舶コーティング。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のコーティングで処理された船舶基材の表面。
【請求項２７】
前記基材が海洋船体である、請求項２６に記載の表面。
【請求項２８】
前記基材が海洋構造物である、請求項２６に記載の表面。
【請求項２９】
前記海洋構造物がプロペラ、潜望鏡またはセンサーである、請求項２８に記載の表面。
【請求項３０】
前記海洋構造物が船橋である、請求項２８に記載の表面。
【請求項３１】
前記海洋構造物が魚網である、請求項２８に記載の表面。
【請求項３２】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のコーティングを船舶基材の表面に塗布することを含む、船舶基材の表面を処理する方法。
【請求項３３】
前記コーティングを塗布することがコーティングを噴霧することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記コーティングを塗布することがコーティングをペイントすることを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記基材が船体または海洋構造物である、請求項３２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ−１０Ｆ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【図２０−１】
【図２０−２】
【図２０−３】
【図２０−４】
【図２０−５】
【図２２−１】
【図２２−２】
【図２２−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ−１０Ｆ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【図２０−１】
【図２０−２】
【図２０−３】
【図２０−４】
【図２０−５】
【図２２−１】
【図２２−２】
【図２２−３】
【公表番号】特表２０１１−５０３３３２（Ｐ２０１１−５０３３３２Ａ）
【公表日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３４２９０（Ｐ２０１０−５３４２９０）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４０９８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６７５６５
【国際公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（５０２４５７８０３）ユニヴァーシティ オブ ワシントン (93)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４０９８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６７５６５
【国際公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（５０２４５７８０３）ユニヴァーシティ オブ ワシントン (93)
【Ｆターム（参考）】
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