JP2004538132A - 導電性表面上に強力に接着したポリマーコーティングを堆積させるプロセス - Google Patents

Abstract

導電性表面上に強力に接着したポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスであって、上記表面上に下塗りＰを形成するための、且つ一般式：（メタ）アクリル酸Ｘ０エステルを有する活性モノマーで上記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、ここでＸは、あらかじめ形成されたポリマーの一部分であるか、又は重付加反応のための中間作用物質であるか、又は少なくとも１つの相補反応基を有する分子の結合のためのアンカー基であるプロセス。そのようなプロセスは、マクロモノマーと呼ばれる反応性ポリマーの１段階電気グラフトによる新規下塗りの形成を可能にする。そのようなプロセスはまた、いわゆるグラフトフロム法、すなわち第二のモノマーの重合によりコーティング厚さを増加させるための、又はいわゆるグラフトオントゥ法により下塗りと上塗りとの間のＸエステル基を通じた共有結合を介した他の型のポリマー（上塗りとも呼ぶ）を導入するための、最初に電気グラフトされたポリマー（下塗りと呼ぶ）のさらなる修飾を可能にする。そのようなプロセスはまた、官能性ポリマー、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、染料、薬物、抗菌化合物のような化合物を下塗り上にグラフトすることを可能にする。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性表面上にポリマーコーティングを電気グラフト（electro-grafting）により堆積させるプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な有機及び無機基材の表面に特別な性質（例えば、接着性、親水性又は疎水性、低摩擦性、環境の影響に対する耐性、生体適合性など）を与えるためにその基材の表面を合成ポリマーでコーティングすることは既知である。これらのコーティング表面は、層状構造を有する構成要素を含む組成物の端的な例である。そのような分野において、解決しなければならない主要な問題は、金属、ガラス、炭素及び有機ポリマーのような完全に異なる基材間において通常接着が弱く且つ短期間であることである。界面での共有結合が、しばしば到達するべき目標とみなされる。この点について、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの電解重合（electropolymerisation）は、導電性基材に強力に接着するポリマーを堆積させる強力な手段であることが示されてきた。Delamarらは、Carbon 1997, 35, 801で、適切な電位でのこれらアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルモノマーの電解還元が、どのような形状（板、繊維）及び性質（合金、炭素、インジウムスズ酸化物ガラスなど）の陰極でもその上に均一なポリマーコーティングの急速な形成となることを実証した。
【０００３】
しかしながら、複数の問題が電解重合法の実用への使用を制限している：グラフトポリマーブラシの急速な終結のために膜厚が薄く（＜１００ｎｍ）、且つ電気グラフトされ得るモノマーが活性化ビニル系モノマー（例えば、アクリル酸エステル、シアノ、シアノ−アクリル酸エステル、ピリジンなどの化合物）の１つの系統（もっとも巨大ではあるが）に限定される。法則として、炭素−炭素二重結合は、陰極で反応してその上に、好ましくは溶媒に、吸着されるモノマーの電子吸引置換基により活性化されなければならない。さらに、モノマーよりも低い陰極電位で還元されるアルコール、プロトン性アミン、及びカルボン酸のようないかなる官能基も許容し得ない。
【０００４】
これらの深刻な限定は、適格なモノマーの一覧、故に電気グラフトを介して導電性表面に達成され得る強力に接着するコーティングの一覧、及び実用での電気グラフトされたコーティングの有用性を大幅に少なくしている。
【０００５】
詳細には、基材の表面が、例えば骨板、骨ねじ、大腿骨頭、ステント、人工歯根(dental implant)の構造支持インプラントのような金属プロテーゼ）に属する場合、生体安定性（biostability）及び生体適合性の問題は重要である。
【０００６】
例えば、経皮血管拡大後の血管壁への骨組みとして供されるステントに適用される場合、存在するステントに対する既知の制限は、それらの限定された血液及び組織適合性である。ステント移植後、炎症性応答が起こり、これは続いて局所的血栓症活性化及び／又は平滑筋細胞及び筋線維芽細胞の遊走及び増殖を促進することがある。ステント移植はまた、血管損傷後の正常な内皮再生を遅延させ得る。このことは、最終的に、心臓への正常な血流を妨害する、さらなる管腔(lumen)妨害物をもたらすことがある。このプロセスは再狭窄と呼ばれてきた。それゆえ、金属ステント移植に対する組織の応答を改変する生体活性化合物を放出する能力を持つ可能性がある、より生体適合性のステントを開発する必要がある。金属ステントをポリマーでコーティングするこれまでの試みは、ポリマーマトリックスとステント表面との間の不適切な結合のために部分的に失敗してきた。実際、これまでのコーティング技術では、ステントの配備及び／又は滅菌が、ポリマーにおける割れ目、亀裂、又はステント表面からのコーティングのはがれを起こした。さらに、シロリムス（sirolimus）又はタキソールのような再狭窄を阻害する薬物の放出に関する事前の結果は、適切な全体的平均放出速度が、数カ月で１００〜数百マイクログラムの薬物量に達することを示しているように思われる。或いは、カプセル化ポリマーにより、ポリマーマトリックスの薬物含量が約１０〜２０％よりも低い限りは放出動態が制御されたままであることが既知である。このことも、この型の応用について、薬物放出ポリマー層のより良い接着及び厚さの増加の必要性を示している。
【０００７】
一定数の応用は、基礎となる金属（自動車、並びにステント、人工歯根、誘導線(guidewire)などのような医療用デバイスなど）の腐食、又は生体液と接触及び／又は移植された時の表面での生体分子の好ましくない吸着のいずれかを防止し得る防護コーティングを要求する。そのような問題は、例えば、バイオチップ（信号対雑音の検出比に影響する非特異的吸着）、及び一般に物理又は化学センサーの活性範囲（例えば、圧力センサー、グルコースセンサーなどにおけるタンパク質吸着）、並びにマイクロマシン（microsystems）（それらは移植されるかもしれないし、されないかもしれない）でのパッケージング応用において遭遇する。これらの場合において、電気グラフト可能なモノマーから生じるポリマーは、それらの構造のため、又はそれらの厚さが薄いためのいずれか、又は両方で、しばしば、良好な耐久性保護コーティングを提供することに失敗する。さらに、厚さが非常に薄いことはまた、引っ掻くことに非常に敏感であることと同義である：従来の電気グラフトされたポリマーの厚さは、大部分の対象物の表面のしわの多さよりもはるかに薄く、したがって対象物は電気グラフトされた層と接触したとたん層に穴を作り、層の一時的な保護特徴をだめにする。
【０００８】
中間体の厚さ（すなわち、ミクロン又は数ミクロンのオーダー）はまた、機械的接触、接続（connectic）におけるような挿入／取出又は摩擦サイクル（コンピューター、携帯電話など）、金属部分がポリマーコーティングと接触した状態に置かれる一般のマイクロメカニクス及び電気デバイスに耐え得る絶縁層を得るために望ましい。法則として、金属部分のしわの多さは、１マイクロメートルよりも高く（しわの多さを減らすためには特別な処理が必要なため）、したがって耐久性コーティングは１ミクロンよりも厚くなければならない。
【０００９】
したがって、導電性表面に強力に接着したポリマーコーティングを約１マイクロメートル又は数マイクロメートルさえもの厚さにする明白な要求が現れる。
【００１０】
電気グラフトの１つの確かな利点は、高いグラフト比で界面―推定上共有結合した―炭素／金属結合の形成を押し進める能力である：電気化学的プロトコルのパラメーターは、グラフトされたポリマーブラシの形成に有利なように定義され得、これに関して厚さを制御することはグラフト鎖の分子量を制御することに等しい。上記に概説されるように、ポリマー鎖の成長は、おそらくは初期の段階で妨害及び阻止され、かなり短い鎖をもたらすか、又はいずれの場合にしろ、従来の高分子戦略に基づいては簡単に制御し得ない長さの鎖をもたらす。したがって、より厚いポリマー膜を得るための第一の方針は、高分子量のポリマー鎖のグラフトを達成し得ることである。
【００１１】
ポリマー層の物性（厚さ、緻密度（compacity）など）の他に、グラフトするべきポリマー層のまさしく化学的性質もまた重要である。
【００１２】
生物医用応用のために設計されたマイクロマシンは、例えば、パリレン（これは化学蒸着法、ＣＶＤにより蒸着される）又はＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）のようなポリマー性の生体適合性コーティングによりパッケージされ、これは正しい生体適合性並びに興味深い化学物質耐性を可能にする。高性能潤滑化能―すなわち低い摩擦係数―は、例えばコネクター又は機械部分のペルフルオロポリエーテル層により提供される。これらのポリマーのいずれも、電気による（electro-initiated）成長反応の結果として得られることはできない。同じように、例えば電気グラフトされたポリイミド、ポリアミド（これらはｋの低い誘電層を提供するので、超小型電子技術における高絶縁性ポリマーの良好な候補である）、及び重縮合反応により得られる一般のポリマーは直接的に得ることができない。どのビニル系ポリマーがこれらの材料と同じ性質を提供することがあるかを考えることより、そんなことにもかかわらずこれらのポリマーが導電性表面上にグラフトされることがあることに感謝するプロセスを提供することに大きな必要性がある。
【００１３】
官能基が比較的短い一覧のため、活性化ビニル系モノマーは電気グラフトに適格であることに耐え得、電気グラフトされたポリマーは、例えば、ペプチドの固相合成、オリゴヌクレオチド（olinucleotides）の固定（ＤＮＡチップ）又はタンパク質の固定（タンパク質チップ）化において使用されるような従来の化学的方法によるさらなる層を固定するための官能性の限定された要覧(catalog)を提供する。したがって、活性化ビニル系モノマーの限定された範囲(domain)においてさえも、電気グラフトによる反応性コーティングを提供し得る分子の一覧を拡大する必要が残っている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、ここで、上記に記載される問題を解決する、導電性表面上に強力に接着した新規な型のポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスを見いだした。
【００１５】
したがって、本発明は、電気グラフトにより導電性表面上に強力に接着したポリマーコーティングを堆積させるプロセスを提供し、本プロセスは、上記表面上に下塗りＰを形成するための、且つ次の一般式：
【００１６】
【化１】

【００１７】
（式中、Ｒは、水素又はメチルを表す）
を有する活性モノマーで上記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、且つモノマーは、Ｘ基（これはあらかじめ形成されたポリマーの一部分であるか
又は重付加反応のための中間作用物質であるか
又は少なくとも１つの相補反応基を有する分子の結合のためのアンカー基である）を含む。
【００１８】
Ｘがあらかじめ形成されたポリマーの一部分である場合、モノマーは、少なくとも１つの活性化ビニル懸垂基、例えばアクリル酸又はメタクリル酸官能基を有するマクロモノマーになる。そのようなアプローチは、マクロモノマーと呼ばれる反応性ポリマーの１段階電気グラフトによる新規下塗りの形成を可能にする。
【００１９】
そのようなプロセスはまた、最初に電気グラフトされたポリマーコーティング（下塗りＰと呼ぶ）をさらに修飾して、いわゆるグラフトフロム（grafting-from）法すなわち第二モノマー（図２でＭと呼ぶ）の重合によりコーティングの厚さを増加させるか、又はいわゆるグラフトオントゥ（grafting-onto）法によりＸエステル基を通じて下塗りと上塗りとの間の共有結合により他の型のポリマー（上塗りとも呼ぶ）を導入することを可能にする。
【００２０】
そのようなプロセスはまた、官能性ポリマー、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、染料、薬物、抗菌化合物のような化合物を下塗り上にグラフトすることも可能にする。
【００２１】
電気グラフトとは、図１に図示されるように（ここでＡは溶媒であり、そしてＢは導電性塩である）、導電性表面Ｓにモノマーを電気グラフトして下塗りの電気グラフトされたポリマーコーティングＰを形成することを意味する。そのような電気化学的プロセスにおいて、モノマーは電気化学的に重合され、そして同時にそのように形成されたポリマーがＳ上に電気グラフトされる。
【００２２】
マクロモノマーとは、図３に図示されるように、少なくとも１つのアクリル酸又はメタクリル酸官能基を有するあらかじめ形成されたポリマーを意味する。
【００２３】
グラフトフロムとは、図２（Ｉ）に図示されるように、グラフトされたモノマー（これはグラフトされたマクロ開始剤又は転移剤として働く）の基Ｘからの第二モノマーＭの重合の開始を意味する。
【００２４】
グラフトオントゥとは、図２（II）に図示されるように、Ｙ相補反応基を通じた、あらかじめ形成されたポリマー又は任意の反応性分子もしくは高分子と、モノマーのＸ基と、の導電面上のＯ−Ｙ結合を意味する。
【００２５】
中間作用物質とは、重付加反応のための開始剤又は転移剤を意味する。
【００２６】
本発明による導電性表面とは、例えば、鋼、ステンレス鋼、Ｉｎｏｘ３１６Ｌ、タンタル、チタン、ニチノール、炭素、ＩＴＯガラス、遷移金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、など）、金属ドープしたポリマーなどである。
【００２７】
表面での電気化学的グラフトは、既知の条件下、導電性塩Ｂを含有する非プロトン性溶媒Ａ中、モノマー溶液から行われる。モノマー溶液は、反応、例えば、陰極反応を起こすように電気分解にかけられ、この場合コーティングされるべき導電性表面は、モノマーの陰極反応の阻害ピークに対応する値と等しいか又はそれに近いが、溶液での重合及びポリマーコーティングの脱グラフト（degrafting）に対応する第二還元ピークよりも負ではない値を持つモノマーと、導電性表面との間の電子移動の範囲にある電位で、陰極として使用される。
【００２８】
上記に記載される問題を解決するための第一のアプローチは、電気グラフト法を重合反応と組み合わせることである。
【００２９】
その第一の態様において、本発明は、導電性表面上にポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスを提供し、本プロセスは、上記表面上に下塗りＰを形成するための、且つ次の一般式：
【００３０】
【化２】

【００３１】
（式中、Ｒは、水素又はメチルを表す）
を有する活性モノマーで上記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、且つＸ基は重付加反応のための中間作用物質である。
モノマーは、エステル基Ｘで重合の中間作用物質を有し、そして固体表面上に電気グラフトされる。
【００３２】
中間作用物質は、開環重合（ＲＯＰ）、ニトロキシドラジカルを介した重合（ＮＭＰ）、原子移動重合（ＡＴＲＰ）のための開始剤、又は可逆的付加−開裂（reversible-addition-fragmentation）（ＲＡＦＴ）を介した重合のための転移剤であってよい。
【００３３】
この型のアプローチは、モノマーが電気グラフトに厳密に適格であるポリマーの限定された一覧よりもはるかに多い様々なポリマーを導電性表面上に全体的に共有結合グラフトさせることを可能にするので、とくに関心がもたれる。後者の一覧は、陰極の電気グラフトの上述の制約、すなわち不安定プロトンの不在及び電子吸引基によるビニル二重結合の活性化により影響されるものである。例えば、この新規な型のアプローチは、ポリアクリル酸エステル又はポリメタクリル酸エステル以外のポリマーのコーティングを可能にする。そのような新規アプローチは、導電性基材に堆積する、例えば、ポリスチレン、又はポリヒドロキシ−エチルアクリレートのようなポリマーに強い接着力及び増加した厚さと整調できる厚さを持ったコーティングを可能にする。
【００３４】
本発明による重付加は、制御されていてもいなくてもよい。これは、開環重合（ＲＯＰ）［P; Dubois et al. in Makromol. Chem., Macromol. Symp. 42/43, 1991, 103に記載されるとおり］、例えば、原子移動重合（ＡＴＲＰ）のようなラジカル重合［Matyjaszewski, Curr. Org. Chem., 2002, 6, 67に記載されるとおり］、ニトロキシドラジカルを介した重合（ＮＭＰ）［Chem. Rev., 2001, 101, 3661に記載されるとおり］、可逆的付加−開裂を介した重合（ＲＡＦＴ）［Moad et al., polym. Int., 49, 993, 2000に記載されるとおり］、又はＡＴＲＰとＲＯＰのような２種の異なる制御された重付加の組合せであってよい。
【００３５】
開環重合（ＲＯＰ）は、（ε−カプロラクトン）のようなラクトン及びラクチド、及びγ−ブロモ−ε−カプロラクトンのような官能性カプロラクトン、又はＤ，Ｌ−ラクチドなどのようなラクチド、或いは炭酸トリメチレン、環状無水物、グリコリドなどのような任意の他の重合可能な環状モノマーに適用されてよい。
【００３６】
ＲＯＰにおいて、Ｘは、カルボン酸アルミニウムのようなカルボン酸金属塩又はアルミニウムアルコキシド、スズアルコキシド、チタンアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、又は亜鉛アルコキシドのような金属アルコキシドであってもよい。
ＲＯＰプロセスの前駆体として使用されるモノマーは、例えば、トリメチルシリルヒドロキシ（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、アクリル酸エチルである。ＲＯＰ実験条件は、当業者に既知である。
【００３７】
ラジカル重合は、広範な及びあらかじめ定められた分子量のビニルポリマーの獲得に適用されてよい。
ラジカル重合の例として、ＡＴＲＰ、ＮＭＰ、ＲＡＦＴがある。
【００３８】
ＮＭＰにおいて、アルコキシアミンは、開始剤及びメディエータとして使用される：アルコキシルアミンのＣ−Ｏ結合は、熱的に均一開裂して２つのフリーラジカル、すなわち、重合を開始させる炭素中心ラジカル、及びラジカル重合を調節するニトロキシドラジカルになる。Ｃ−Ｏ結合の開裂は、４０℃〜１６０℃、好ましくは１１０℃の温度で加熱することにより起る。
【００３９】
ＡＴＲＰにおいて、Ｘは、ハロアルカン、ハロケトン、ハロエステル、ハロニトリル、ハロアルキルベンゼン、又はスルホニルクロリド、或いは原子移動ラジカル重合を開始させ得る任意の他の官能基であってもよい。このプロセスについては、さらなる金属錯体が重合を触媒するためにモノマーに加えられなければならない。そのような触媒の金属は、表面と適合性であるように選択されなければならない。鉄のように容易に酸化し得る表面では、一般的に使用される銅触媒は、より安定なルテニウムベースの触媒に置換されなければならない。
【００４０】
可逆的付加−開裂（ＲＡＦＴ）を介した制御された重合は、LeeらによりＷＯ９８０１４７８Ａ１号に記載されるように、ビニルポリマーを得るために適用されてよい。ＲＡＦＴにおいて、Ｘは、例えば、ジチオエステル、ジチオカルバメート、トリチオ炭酸塩、又は可逆的付加−開裂重合を制御し得る任意の他の官能基であってもよい。
【００４１】
全ての重付加は、当業者に既知の一般条件下で行われる。
【００４２】
本発明の第一の態様で記載されたような電気グラフト法と重合反応の組合せは、表面でのコーティングの厚さの制御可能な増加及びポリマーコーティングのより良好な接着を可能にする。
【００４３】
上記の問題を解決するための第二のアプローチは、モノマーのかわりにマクロモノマーを使用することである。
【００４４】
その第二の態様において、本発明は、導電性表面上にポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスを提供し、本プロセスは、上記表面上に下塗りを形成するための、且つ次の一般式：
【００４５】
【化３】

【００４６】
（式中、Ｒは、水素又はメチルを表す）
を有する活性モノマーで上記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、且つＸ基はあらかじめ形成されたポリマーの一部分である。
【００４７】
そのようなアプローチにおいて、モノマーは、図３に図示されるように、表面Ｓに電気グラフトされる少なくとも１つのアクリル酸又はメタクリル酸官能基を有するマクロモノマーになる。
【００４８】
あらかじめ形成されたポリマーは、任意の型の重合法により、例えば制御された／リビング重合により得られてもいいし、そうでなくてもよい。あらかじめ形成されたポリマーは、例えば、アニオン性、カチオン性、協調性（coordinative）、又はラジカル開始での重付加プロセスにより、又は重縮合プロセスにより得られてもよい。
【００４９】
マクロモノマーは、α−又はα−、ω−アクリル酸又はメタクリル酸置換ポリマー、不規則なアクリル酸又はメタクリル酸官能基化共重合体、アクリル酸又はメタクリル酸基を有する１つのブロックを持つジブロック共重合体、或いは活性アクリル酸又はメタクリル酸基を含む任意の種類の高分子構造（スター、グラフト、テーパー共重合体のような）であってもよい。
図３は、マクロモノマーの異なる例を図示する。
マクロモノマー（１）は、懸垂アクリル酸又はメタクリル酸基を持つポリマーであり、マクロモノマー（２）はα官能基化ポリマー、そして（３）は、α−ω官能基化ポリマーである。
【００５０】
マクロモノマーは電極分極と適合性がなければならないので、アクリル酸又はメタクリル酸基を除いて、電気グラフト電位の範囲で他の電気活性官能基は高分子構造に存在しない。例えば、保護されていないアルコール、カルボン酸、アミン、ブロミドは、ポリマー鎖に沿って存在しないはずである。マクロモノマーはまた、電気化学浴、すなわちジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ピリジン、アセトニトリル、ヘキサメチルホスホルアミドなどのような極性溶媒に可溶性でなければならない。
【００５１】
本発明の第二の態様で記載されるように、マクロモノマーで電気グラフトするプロセスは、電気グラフトにより直接得られてよい有機ポリマーコーティングの一覧を大幅に拡大し、モノマーレベルでのコーティングの化学的エンジニアリングを可能にする。これはまた、表面でのポリマーコーティングのより良好な接着を可能にする。
【００５２】
上記の問題を解決するための第三のアプローチは、電気グラフトをグラフトオントゥ法と組み合わせることである。
【００５３】
その第三の態様において、本発明は、導電性表面上にポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスを提供し、本プロセスは、上記表面上に下塗りＰを形成するための、且つ次の一般式：
【００５４】
【化４】

【００５５】
（式中、Ｒは、水素又はメチルを表す）
を有する活性モノマーで上記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、且つＸ基は少なくとも１つの相補反応基を有する分子の結合のためのアンカー基である。
【００５６】
そのようなアプローチにおいて、Ｘとして求核化合物に向かう活性化エステル官能基がある。
Ｘは、例えば、特にアミンに対して反応性のスクシンイミジル基であってもよい。これはまた、エポキシ、ビニル、アリル、アリール、塩素基、又はそれらの組合せであってもよい。
【００５７】
そのようなモノマーの電気グラフトは、図２（II）に図示されるように、下塗りＰの上に新たな上塗り（ＴＣ）を形成する非常に広範な分子又は高分子のさらなる「グラフトオントゥ」プロセスに適した、薄い有機下塗りＰで修飾された表面を提供する。
【００５８】
「グラフトオントゥ」工程の主要な必要条件は、あらかじめコーティングされた表面Ｐ上にグラフトされる分子又は高分子に少なくとも１つの相補反応基が存在することである。それゆえ、本発明のそのような態様に従って使用される分子又は高分子は、重縮合又は重付加反応のいずれかにより得られる様々な構造のものであり、且つ少なくとも１つの相補反応基を有するものであってよい。それらは、（例えば、アミノポリスチレン、アミノポリイミド、アミノポリジメチルシロキサンなど）、タンパク質、酵素、オリゴヌクレオチド、薬物、染料、又は電気活性分子（アミノフェロセン）、ビタミン（ビオチン）、リガンドなどのような特に関心のある小さな有機分子であってもよい。
【００５９】
本発明の第三の態様に記載されるような、電気グラフト法と非常に広範囲の分子又は高分子のグラフトオントゥプロセスの組合せはまた、コーティング厚さを増加させること、及び上塗りの強力な接着を得ることに有利である。
【００６０】
そのようなアプローチは、コーティングされた表面をその生物学的環境において生体適合性化及び生体安定化する、タンパク質のような生体ポリマーを導入する医薬的応用に特に有用である。
【００６１】
３つのアプローチ全ての１つのさらなる利点は、コーティングされたポリマーが生体活性な分子（Ｄ）を捕捉又は免疫化するために使用されてよいことである。これらのコーティングが、生体適合性であり、且つ本質的に又は生体活性分子の貯蔵器(reservior)として機能することによるかのいずれかで生体機能を果たすように設計される場合、それらは、生体活性分子が、局所的放出又は隣接する組織と接触することにより生体機能を果たすことを可能にする。そういうわけで、ポリマーコーティングは、機械的圧力及び滅菌プロセスに耐え得る。冠(coronary)ステントという特殊な場合において、ポリマーコーティングは、最適なステント配備のためのバルーンの膨張によって誘導されるような変形に耐え得る。
特に、この生体活性分子は、ステント生体適合性を改善するその能力で選択される。この活性分子は、ステント移植後の新生内膜(neointima)形成、血栓症、又は炎症性応答を、予防するか、制限するか、又は抑制してよい。或いは、この活性分子は、ステント移植後の正常内皮細胞再生を加速してよい。そのような薬剤は、明らかな抗増殖性、又は抗血栓性、又は抗凝固性、又は内皮成長促進能力を有さなければならない。そのような薬剤の１つは、キレート化剤と錯形成しており、そして予定されるコーティングに組込まれてよいβ、α、又はγ同位体である。血管壁のステント置換の際には、この活性分子は、ゆっくり放出され、そして金属ステント表面に対する組織の反応に干渉してよい。キレート化剤は、親水性でも疎水性でもよい。キレート化剤の例としては、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）及びその類似体Ｎ−［２−アミノ−３−（ρ−ニトロフェニル）プロピル］−トランス−シクロヘキサン−１，２−ジアミン−Ｎ，Ｎ'，Ｎ''−五酢酸（ニトロ−ＣＨＸ−Ａ−ＤＴＰＡ）又は２−メチル−６−（ρ−ニトロベンジル）−１，４，７−トリアザヘプタン−Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ''，Ｎ''−五酢酸（ニトロ−１Ｂ４Ｍ−ＤＴＰＡ又はニトロ−ＭＸ−ＤＴＰＡ）、又はデフェロキサミン（ＤＦＯ）及び誘導体、ヒドロキシエチルデンプン共役デフェロキサミン（ＨＥＳ−ＤＦＯ）、４−アミノベンジル誘導体トリエチレンテトラアミノ六酢酸（ＴＴＨＡ）、１，１−ビス［（１１−Ｎ−ヒドロキシ）−２，５，１１−トリアザ−１，６１０−トリオキソドデカニル］エタン（ＫＤ）、（（＋）−３−ヒドロキシ−１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ヒドロキシフェニル−メチル−１Ｈ−ピリジン−４−オン）（ＣＧＰ ６５０１５）、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム（ＮａＤＤＣ）、２−（ρ−ニトロベンジル）−１，４，７，１０−テトラアザシクロドデカン−Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''−四酢酸（ニトロ−ＤＯＴＡ）、α−（２−（ρ−ニトロフェニル）エチル）−１，４，７，１０−テトラアザシクロドデカン−１−酢酸−４，７，１０−トリス（メチル酢酸）（ニトロ−ＰＡＤＯＴＡ）、２−（ρ−ニトロベンジル）−１，４，７，１０−テトラアザシクロトリデカン−Ｎ，Ｎ'，Ｎ''，Ｎ'''−四酢酸（ニトロ−ＴＲＩＴＡ）、６，６''−ビス［［Ｎ，Ｎ，Ｎ''，Ｎ''−テトラ（カルボキシメチル）アミノ］メチル］−４'−（３−アミノ−４−メトキシフェニル）−２，２'：６'，２''−テルピリジン（ＴＭＴ−アミン）、ピリドキサールイソニコチノイルヒドラゾン（ＰＩＨ）の類似体、デスフェリチオシン（desferrithiocin）（ＤＦＴ）、システイン、Ｏ−フェナントロリン、２−ヒドロキシ−４−メトキシピリジン−１−オキシド、マルトール、１，２−ジメチル−３−ヒドロキシピリド−４−オン、ｓａｒ、ｄｉａｍｓａｒ、３−コレステリル−６−［Ｎ'−イミノビス（エチレントリロ）−四酢酸］ヘキシルエーテル（Ｃｈｏｌ−ＤＴＴＡ），Ｎ，Ｎ'−ビス（３，４，５−トリメトキシベンジル）エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ'−二酢酸、サリチルアルデヒドイソニコチノイルヒドラゾン（ＳＩＨ）、ネオクプロイン、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、８−ヒドロキノリン（８ＨＱ）、ホスファチジルエタノールアミン−ジエチレントリアミン四酢酸（ＰＥ−ＤＴＴＡ）、ジパルミトイル−ホスファチジル−エタノールアミン−モノメトキシポリエチレングリコール５０００（ＰＥ−ＭＰＥＧ）、ドコシル−トリエチレンテトラミン五酢酸（Ｃ２２ＴＴ）、１，１０−フェナントロリン（ＯＰ）がある。キレート化剤はまた、細胞内又は細胞外治療薬として機能し、そして特定の生体機能と干渉してよい。例えば、そのようなキレート剤は、抗酸化性又は抗増殖性を有してよい。
この型のカプセル化はまた、タンパク質及びオリゴヌクレオチドを局所的に放出し得るコーティングを設計するのに有用であり、そして一般に、任意の生体反応で役割を担ってよい任意の分子又は高分子が、ポリマー層がグラフトされた表面上の対象物の生理学的受け入れで役割を担うようになる。
【００６２】
本発明の３つのアプローチにおける別の利点は、任意の混和性ポリマーが、コーティングポリマーと、両ポリマーについて溶媒中の溶液から、溶媒キャスティング(casting)又はスピンコーティングにより混合してもよい。そのような混合は、コーティング厚さを増加させるための別の方法である。
【００６３】
以下の実施例は、本発明を例示する。他に記載されない限り、全ての実施例について、スペクトル条件は同一である。
【実施例】
【００６４】
［実施例１］
ステンレス鋼上に電着したポリアクリル酸エチル（本明細書中以下、ＰＥＡと呼ぶ）からのε−カプロラクトンの開環重合によるポリ（ε−カプロラクトン）コーティング。スキーム１。
鋼板、Ｂｅ（登録商標）ステント（ステンレス鋼３１６Ｌ製）、及びＷｉｋｔｏｒ（登録商標）ステント（タンタル製）のような、複数の金属デバイスでプロセスを試験した。金属デバイス上での電解重合を以下のように行った。金属デバイスをヘプタン及びアセトンで洗浄し、一晩減圧下で乾燥した。使用前に、アセトニトリル（Aldrich）／過塩素酸テトラエチルアンモニウム（Merck）で残留オキシドを電気化学的に還元した。金属デバイスを、モノマーとしてのアクリル酸エチル（ＥＡ、１Ｍ、Acros）、過塩素酸テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＰ、０．０５Ｍ）を含有するジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、Aldrich）溶液に浸漬した。２本の白金陽極、及び擬似リファレンスとして使用される白金箔をこの溶液に浸漬し、曲線をＥＧ＆Ｇポテンシオスタット／ガルバノスタット（Ｍ２７３Ａ）で記録した。陰極としての役割を果たす金属デバイスに適用される電位は、２０ｍＶ／ｓの速度で下方走査され、第一還元波の値で一定に保たれた（図４、Ｅ＝−２．２Ｖ／Ｐｔ ｖ＝２０ｍＶ／ｓ、ＤＭＦ＋ＴＥＡＰ中ＡＥ１Ｍ：ａ）１回目の走査、ｂ）２回目の走査）。電位は、ポリ（アクリル酸エチル）コーティング（ＰＥＡ）による金属デバイスの不動態化により電流が減少するまでこの値に保たれた。この不動態化は、２回目の電位走査の間に還元がなかったことにより確認された。ＰＥＡコーティングされた金属デバイスをＤＭＦ及びアセトニトリルで繰り返し洗浄した。１００ｎｍに及ばない厚さを有する薄いＰＥＡコーティングを、ＩＲ−ＲＡＳ分光法により特徴付けた。ＩＲ−ＲＡＳスペクトルを、表面で光を反射する修飾電極上で直接、反射吸収法（Brucker分光光度計）により記録した。ＩＲ−ＲＡＳスペクトルは、１７３９ｃｍ^-1にＣ＝Ｏエステル結合を示した。
この第一工程は、スキーム１、工程１に記載される。
【００６５】
ＰＥＡで修飾された電極（図１のＰ）を、トルエンの共沸蒸留を繰り返すことにより乾燥させた。ヘキサン中の水素化ジイソブチルアルミニウム（ＤｉＢＡｌＨ）（Aldrich）（１ １０^-3ｍｏｌ／ｌ）の１ｍｌの量を、トルエンに浸漬したＰＥＡコーティングした金属デバイスに滴下し、１６時間反応させた。その結果、エチルエステルは、ε−カプロラクトン（Aldrich）のＲＴでの開環重合の開始剤であるアルミニウムアルコキシドへ変換された（スキーム１、工程２）。エチルエステルの還元を、ＩＲ−ＲＡＳ分光法により確認した。（ＩＲ−ＲＡＳスペクトルは、空気下で、表面が光を反射するように修飾された鋼電極上で直接、反射吸収法（Brucker分光光度計）により記録した；透過シグナルの強度は、膜の厚さに依存する）。アルミニウムアルコキシドは空気中で不安定なため、スペクトル特性決定を容易にするために、還元されたＰＥＡを、アルコールへのアルコキシド基の加水分解を促進する乾燥していないトルエンで洗浄する。３３８０ｃｍ^-1での大きなバンドは、アルコール基に特徴的なものであり、これは、アルコキシドが先に形成されていたことを意味する。１７３９ｃｍ^-1のエステルカルボニル結合のバンドは、１６時間の還元後に強度が減少し、２４時間後には消滅しており、このことは開始剤の結合を明確に示す。
【００６６】
ε−カプロラクトン（Aldrich）の開環重合の前に、未反応のＤｉＢＡｌＨを除去するために、金属デバイスを窒素下にてトルエンで完全に洗浄した。室温で、ε−カプロラクトン（図２のＭ）（９ １０^-3ｍｏｌ）１ｍｌのトルエン溶液４０ｍｌを撹拌しながら、これに金属デバイスを入れた（スキーム１、工程３）。ε−カプロラクトンの重合を、１２時間後から４日間後まで、過剰なＨＣｌを加えることにより停止した。未反応のモノマー及びグラフトしていないポリマーがもしあればそれを除去するために、金属デバイスを多数回トルエンで洗浄し（ソックスレー抽出機、４日間〜１週間）、次いで減圧下で乾燥した。ポリ（ε−カプロラクトン）コーティング（ＰＣＬ）をＩＲ−ＲＡＳにより確認した。ＰＣＬ主鎖のカルボニル基の特徴的なバンドは、１７２８ｃｍ^-1で観測された。シグナル強度は重合の時間に依存し、このことは、ポリマーの厚さが重合の時間とともに増加することを意味する。数μｍを超える厚さに達した。ラマンスペクトルもまた、ＰＣＬによる金属デバイスのコーティングを確認にした。ラマン拡散分光法を、液体窒素で冷却された８００−２０００ＣＣＤ検出器及び顕微鏡を備えたＤｉｌｏｒ分光計（ＳｕｐｅｒＬａｂｒａｍ型）で行った。スペクトル分解能は、２ｃｍ^-1であった。励起レーザー光線の焦点を試料に合わせ、プローブされる表面積は、約１μｍ²（１００倍レンズ）であった。接触角は、静止滴下法（sessile drop technique）により測定した。蒸留水の小滴１０μｌを、マイクロシリンジで、ポリマー表面上に落とし、静的接触角を測定した。報告されるデータは全て、ポリマー表面の異なる領域で集められた１０回の測定値の平均であった。接触角は、ＰＥＡよりもＰＥＡ−ＰＣＬでコーティングされた金属板で、より小さかった。ＰＥＡ−ＰＣＬでコーティングされた金属板で測定された角度（７８°）は、ＰＥＡ（９２°）よりも小さく、還元されたＰＥＡ（５６°）よりも大きく、ステンレス鋼でのＰＣＬの溶媒キャスティングにより得られる膜と同様であり、このことは、ＰＣＬが下層の還元されたＰＥＡを完全にコーティングすることを実証する。剥離測定を、ＡＳＴＭ標準Ｄ３３３０Ｍ−９０に従って行った。接着テープ（Ａｃｒｙｌｉｃ ｆｏａｍ４９３０、３Ｍ）をポリマーコーティングに２４時間接着させておいた。次いで、これをはがし、テープとＰＣＬ膜表面との間の引張り強度をＩｎｓｔｒｏｎ引張り試験機で測定した。１０７０Ｎ／ｍより高い接着強度が得られ（上塗り上のテープの接着強度）、且つＰＣＬ上塗りは剥離後も金属デバイス上に接着したままだった。それと比較して、クロロホルム溶液からのＰＣＬキャスト膜の接着強度値は、ＰＣＬが鋼に電解重合した還元ＰＥＡ上の溶媒キャストである場合に８３０Ｎ／ｍ、ＰＣＬが鋼に電解重合したＰＥＡ上の溶媒キャストである場合に７０Ｎ／ｍであった。これら両方の場合において、ＰＣＬ上塗りは表面から完全にはがれてしまった。
【００６７】
［実施例２］
鋼に電着したＰＥＡからのＤ，Ｌ−ラクチドの開環重合によるポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）（本明細書中以下、ＰＬＡと呼ぶ）コーティング
実施例１におけるのと同じ手順に従って、ただしε−カプロラクトン（図２のＭ）をＤ，Ｌラクチドで置換して、Ｄ，Ｌ−ラクチド（Aldrich、１．３ｇ、トルエン中０．４Ｍ）の開環重合を、鋼に電着したＰＥＡのアルミニウムアルコキシド基により開始して、ＤｉＢＡｌＨで還元した。４０ｍｌのトルエン中７０℃で重合が起こり、７２時間後、過剰のＨＣｌを加えることにより停止した。ＰＬＡコーティングを、ラマン分光法により、１４５０ｃｍ^-1及び１７５０ｃｍ^-1に現れる特徴的なバンドで確認した。ＰＣＬの場合（実施例１）と同様な厚さ及び接着強度が、これらのサンプルで得られた。
【００６８】
［実施例３］
鋼に電着したＰＥＡからのγ−ブロモ−ε−カプロラクトンとε−カプロラクトンの混合物の開環共重合によるポリ（γ−ブロモ−ε−カプロラクトン）コーティング
実施例１におけるのと同じ手順に従って、純粋なγ−ブロモ−ε−カプロラクトン又はε−カプロラクトンとの混合物（５０：５０ｍｏｌ／ｍｏｌ、１．３ｇ、合計濃度＝トルエン中０．２５Ｍ、０．５Ｍ、又は０．７５Ｍ）の開環重合を、鋼に電着したＰＥＡのアルミニウムアルコキシド基（先に、図１及び２でＸと称した開始剤）により開始して、ＤｉＢＡｌＨで還元した。（純粋なγ−ブロモ−ε−カプロラクトンは、M.MazzaらによりMacromolecules 2000, 33, 14に記載されるように調製する。）
【００６９】
４０ｍｌのトルエン中７０℃で重合が起こり、７２時間から４日間の期間後、過剰のＨＣｌを加えることにより停止した。コーティングにおいて臭素原子の存在がＸ−線蛍光スペクトルにより確認され、ここで臭素原子のＫα及びＫβピークの特徴である強いシグナルが明らかに見られる。ここでも、重合時間が長い（４日間）と、厚さは数ミクロンまで増加する。上塗りへのテープの接着強度は、純粋なポリカプロラクトン（実施例１を参照）について測定されたものの範囲内にあり、この膜もまた、剥離後にはがれなかった。
【００７０】
［実施例４］
１−アクリルオキシ−２フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタンの電気グラフト及び続くニトロキシド媒介ラジカル重合（ＮＭＰ）によるスチレンの開始。スキーム２。
ａ）１−アクリルオキシ−２−フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタンの電気グラフト。
鋼又はニッケル板を、１−アクリルオキシ−２−フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタン（モノマー、本明細書中以下、ＡＴＥＭＰＯと呼び、ここでＸはニトロキシド型ラジカルを有する基である）の乾燥ＤＭＦ溶液に浸漬した。モノマーを実施例１と同じ実験条件で電気グラフトするが、ただしアクリル酸エチルをＡＴＥＭＰＯモノマーで置換する。
図５ａは、ＴＥＡＰのＤＭＦ溶液（０．０５Ｍ）中、電位をＥ＝−１．８Ｖ／Ｐｔへ走査することによるＡＴＥＭＰＯ（１Ｍ）の電気化学的グラフトに特徴的なボルタモグラムを示す。電流強度の減少（曲線ｂ：２回目の走査）は、ポリマーコーティングの形成による電極の不動態化のサインである。そのようなサンプルでＸ−線光電子分光法を行った（ＸＰＳは、超高真空（ＵＨＶ）下、ＶＧ−ＥＳＣＡＬＡＢ２２０ｉＸＬ分光計及び１４８６．６ｅＶでの単色（monochromatised）Ａｌ Ｋα照射を用いて行った）。各元素についての感度因子を、定量分析のために考慮した。炭素原子、酸素原子、及び窒素原子は、表面のＸＰＳ分析により検出された。ＸＰＳスペクトルから導き出されたこれらの原子の比率は、Ｃ／Ｏ＝７．６、及びＯ／Ｎ＝３．７５であり、これは理論値Ｃ／Ｏ＝６．７及びＯ／Ｎ＝３と合致する。下層の金属基材からのシグナルの検出は、グラフトされた膜が１０ｎｍより薄いことを示唆している。
この第一工程は、スキーム２、工程１に図示される。
【００７１】
ｂ）電気グラフトされたコーティングからのスチレン重合の開始。
スキーム２工程２
ポリ［１−アクリルオキシ−２−フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタン］でコーティングされた鋼又はニッケル板を、蒸留したスチレン（Aldrich、１０ｍｌ）（図２のモノマーＭ）に浸漬し、温度を２４時間１２０℃に上げた。グラフトしていないポリスチレンを、２週間トルエンでソックスレー抽出により除去した。ポリスチレンコーティングを、ラマン分光法により、１００１ｃｍ^-1、１６０１ｃｍ^-1、３０５３ｃｍ^-1の特に強いバンドで確認した。図６に示されるように、分子量及び同じくポリマーコーティングの厚さは、遊離アルコキシアミン（５ｍｌのスチレンに対して、０．２５ｍｍｏｌまでの２−フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エチルの安息香酸）を媒質へ加えることにより制御されてよい。実際、ＰＳ鎖は、エステル結合によって下塗り（図２でＰと呼ばれる）を電気グラフトしたポリ［１−アクリルオキシ−２−フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタン]に結合しており、これは高いｐＨで加水分解され得る（ＴＨＦ中１０ＭのＮａＯＨ、室温で３時間〜２４時間）。したがって、ＰＳを放出すること及びそれをサイズ排除クロマトグラフィーにより特徴づけることが可能である（ＳＥＣ測定は、１０３７Ａ屈折率検出器を備えたＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ １０９０液体クロマトグラフ（カラムＨＰ ＰＬ ｇｅｌ ５μ（１０⁵Å、１０⁴Å、１０³Å、１００Å））及び４１０屈折率検出器を備えたＷａｔｅｒｓ ６００液体クロマトグラフ（カラムｓｔｙｒａｇｅｌ ＨＲ（ＨＲ１：１００−５０００、ＨＲ２：５００−２００００、ＨＲ４：５０００−６０００００））を使用して、ＴＨＦ中４０℃で行った。カラムは、ＰＳ標準で較正(calibrate)した。ラマン分光法のプローブ深度が有機膜の厚さを上回るため、ラマンシグナルの強度は膜厚に比例する。この予想は、１０００ｃｍ^-1でのＰＳの芳香族単位のラマンシグナルの強度がグラフトされたＰＳ鎖の分子質量Ｍｎとともに線形に変化することを示す図６で確認される。全ての実験条件は、上記のものと同様である。レーザー出力、開口(aperture)、走査数などは、一定のままである。遊離アルコキシアミンがスチレンに加えられない場合、鎖成長の制御は行われず、これは、鎖の多分散性はより高くなる（上記２）が、依然として薄い接着ポリスチレン膜（５μｍ未満の厚さ）が得られることを意味する。
【００７２】
［実施例５］
ポリ（２−クロロプロピオン酸アクリル酸エチルの電気グラフトと続くスチレンの開始（ＡＴＲＰ）。スキーム３。
鋼又は炭素板を、実施例１のように処理し、ただしＥＡを０．１５Ｍ濃度の２−クロロプロピオン酸アクリル酸エチルで置換する（クロロプロピオン酸基は開始剤としてのＸである）（図７、Ｅ＝−１．８Ｖ／Ｐｔ、ＤＭＦ＋ＴＥＡＰ中：ａ）１回目の走査、ｂ）２回目の走査）。電流強度の減少は、ポリマーコーティングの形成による電極不動態化のサインであった。Ｘ−線光電子分光法により得られた化学組成は、理論値（Ｃ＝５８．３％、Ｏ＝２８．４％、Ｃｌ＝８．３％）とほぼ合致する：Ｃ＝６２％、Ｏ＝３１％、Ｃｌ＝７％。極少量のＣｌ原子が、電気グラフト工程中のＣ−Ｃｌ結合の部分的還元により失われる。この工程は、スキーム３工程１に図示される。
【００７３】
ｂ）電気グラフトされたコーティングからのスチレン重合の開始
ポリ（ｃＰＥＡ）により、又はポリ（ｃＰＥＡ−ｃｏ−ＥＡ）によりコーティングされた鋼又は炭素板を、スチレン及びＡＴＲＰ触媒のトルエン溶液に浸漬した。鋼板については、リガンドとしてヘキサメチルトリエチレンテトラアミン（ＨＭＴＥＴＡ）との銅触媒が炭素物質の修飾に使用され得るものの、Ｇｒｕｂｂｓ触媒（ＲｕＣｌ₂（＝ＣＨＰｈ）（ＰＣｙ₃）₂）が使用された。様々な長さの時間（４〜２４時間）で、温度が１１０℃に上げられた。グラフトしていないポリスチレンを、２週間トルエンでソックスレー抽出により除去した。ポリスチレンコーティングをラマン分光法により確認した。分子量及び同じくポリマーコーティングの厚さは、遊離開始剤を媒質へ加えることにより制御され得る。実施例４のように、分子量及び同じくポリマーコーティングの厚さは、ラマン及びＳＥＣにより確認されるとおり、遊離開始剤（ベンジルブロミド）を媒質へ加えることにより制御されてもよい（図８）。膜の厚さは、遊離開始剤の添加なしに、１〜５μｍの範囲に達する。剥離試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３３０Ｍ−９０）により、ＰＳコーティングの堆積が確認された。接着強度は２３４０Ｎ／ｍを超える。ＰＳは、剥離後も表面上に残っている。
この工程は、スキーム３工程２に図示される。
【００７４】
［実施例６］
ε−カプロラクトンと４−アクリロイルオキシ−ε−カプロラクトンとの共重合体の鋼上への電気グラフトによるポリ（ε−カプロラクトン）コーティング。
高分子アプローチ。スキーム４。
ポリ（４−アクリロイルオキシ−ε−カプロラクトン）（ポリ（ＡＣＬ））及びポリ（４−アクリロイルオキシ−ε−カプロラクトン−ｃｏ−ε−カプロラクトン）（ポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ））は、ポリマー主鎖に沿って懸垂アクリロイル基を有する直鎖ポリエステルであり、本明細書中ではマクロモノマーと呼ぶ。Ｍ_n＝１２０００及びＭ_w／Ｍ_n＝１．２５であるポリ（ＡＣＬ）、及びＭ_n＝１５０００、Ｍ_w／Ｍ_n＝１．２０、及びＡＣＬ／ＣＬ４１：５９（ｍｏｌ／ｍｏｌ）であるポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ）を、開始剤としてアルミニウムトリイソプロポキシドを用いて開環重合により合成した。マクロモノマーは、X. LouらによりLangmuir 2002, 18, 2785に記載されるように合成する。
【００７５】
鋼デバイスを、実施例１のように処理し、ただしＥＡをアクリル酸基の濃度が１Ｍのポリ（ＡＣＬ）又はポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ）で置換する。マクロモノマー（図９でアクリル酸官能(function)１Ｍ）を含有する浴中、電位（ｖ：２０ｍＶ／ｓ）を第一還元ピーク（Ｅ：−１．８Ｖ／Ｐｔ、図９、曲線ａ）頂部へ走査することにより電気グラフトを行った。なお、その他の条件は全て実施例１と同様にした。不動態化は、２回目の走査の間の非常に低い電流により明らかに証明される（図９曲線ｂ）。ポリマーコーティングされたデバイスを、ＤＭＦ及びアセトンで繰り返し洗浄した。水の接触角、ＩＲ−ＲＡＳ（アルキル及びカルボニル吸収バンドとして２９４５ｃｍ^-1及び１７４３ｃｍ^-1のバンドで）、及び剥離試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３３０Ｍ−９０）により、接着ＰＣＬコーティングの堆積が確認された。接着強度は、ＰＡＣＬでは２８００Ｎ／ｍを上回り、ＰＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬでは３７０Ｎ／ｍを上回る。ＩＲ−ＲＡＳ測定のように、走査型電子顕微鏡観察は、ポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ）コーティングがポリ（ＡＣＬ）コーティング（これは高濃度で調製した場合、約３５０ｎｍ）よりも厚かったことを示唆した。
【００７６】
［実施例７］
鋼上へのジエチレングリコールジメタクリレート（ＤＭＡＤＥＧ）の電気グラフトによるポリ（エチレングリコール）網状組織。
高分子アプローチ。スキーム５。
実施例１と同様な条件で、鋼板を、アクリル酸エチルではなくジエチレングリコールジメタクリレート（ＤＭＡＤＥＧ、濃度＝０．２〜１Ｍを有する、Polyscience）（本明細書中、マクロモノマーと呼ぶ）を含有する溶液に浸漬した。第一還元波を、前に０．２ＭのＤＭＡＤＥＧ濃度で観測しておいた。０．５Ｍ濃度で形成されたコーティングのほうが厚かった。１Ｍ濃度では、第一還元波はより小さくなるが、２回目の電位走査中に還元ピークの不在により電極不動態化を確認し得た。ＰＥＧコーティングを、ＩＲ−ＲＡＳによって１１１４ｃｍ^-1でのＣ−Ｏ結合の特徴的なピークで確認した。
【００７７】
［実施例８］
ＰＣＬ−コーティングされた鋼上へのポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）の上塗りのスピンコーティング
ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）はＰＣＬと適合性があるので、ＰＶＣのＴＨＦ溶液を、実施例４に従って調製されたポリ（ＡＣＬ）及びポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ）コーティング上にスピンコーティングした。ＰＣＶの上塗りを、ＩＲ−ＲＡＳによってアルキル基及びカルボニル基の吸収に対する２９１０ｃｍ^-1及び１７２１ｃｍ^-1のバンドで確認した。剥離試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３３０Ｍ−９０）は、ＰＶＣコーティングがポリ（ＡＣＬ−ｃｏ−ＣＬ）に強力に接着している（ＰＶＣ膜は、３７００Ｎ／ｍを超える接着強度での剥離後もはがれなかった）が、ポリ（ＡＣＬ）には強力には接着していない（ＰＶＣ膜は、１００Ｎ／ｍの接着強度での剥離によりはがれた）ことを示した。
【００７８】
［実施例９］
Ｎ−アクリロイルオキシスクシンイミドの電気グラフトと続く第一級アミン基を含有するポリスチレンのグラフト。「グラフトオントゥ」アプローチ。スキーム６。
ａ）Ｎ−アクリロイルオキシスクシンイミドのグラフト。
電気グラフトを、実施例１に記載される条件で行ったが、ここでアクリル酸エチルはＮ−アクリロイルオキシスクシンイミド（濃度範囲０．１〜３Ｍ）で置換されているので、モノマーはスクシンイミジル官能基をアンカー基として有する。このモノマーは、２００ｍｌの乾燥ＣＨ₂Ｃ１₂中、１２．１ｍｌのトリエチルアミン（８６．９ｍｍｏｌ）の存在下で、１０ｇのＮ−ヒドロキシスクシンイミド（８６．９ｍｍｏｌ）を７．１ｍｌの塩化アクリロイル（８６．９ｍｍｏｌ）と反応させることにより調製した。反応は、室温で一晩行われ、精製後の収率は９５％である。モノマー構造を、ＲＭＮ¹Ｈ（ＣＤＣＩ₃）：＿（ｐｐｍ）：２．８４（ｓ、４Ｈ、ＣＨ ₂ ＣＨ ₂ ）、６．１４（ｄ、１Ｈ、ＣＨ ₂ ＝ＣＨ）、６．２６（ｑ、ＣＨＣＯ）と、６．６８（ｄ、１Ｈ、ＣＨ ₂ ＝ＣＨ）、及びＩＲ（ＫＢｒ）： （ｃｍ^-1）：３０８３、３００７（Ｃ−Ｈオレフィン族）、２９５５（Ｃ−Ｈ脂肪族）、１８０９−１７７７−１７３２（Ｃ＝Ｏ）、１４０５（Ｃ−Ｎ）と、１２１３（Ｃ−Ｏ）により確認した。
【００７９】
剥離試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３３０Ｍ−９０）により、コーティングの鋼上での接着エネルギーは、ニート鋼に対する１８５０Ｎ／ｍと比較して、３０７０Ｎ／ｍより高かった。下塗りの膜厚は薄く（ＸＰＳによる測定では１０ｎｍ）、モノマー濃度が０．１Ｍから３Ｍまで増加するにつれて少し増加する。
【００８０】
ｂ）鋼に電着したポリ（アクリレートスクシンイミド）上へのポリ［メタ−（イソプロピル−２−アミノ）スチレン−コ−スチレン）］のグラフト
スチレン及びメタ−（イソプロピル−２−アミノ）スチレン９８．５：１．５（ｍｏｌ／ｍｏｌ）（Ｍｎ＝４００００）のランダム共重合体を、ポリ（アクリレートスクシンイミド）でコーティングされた鋼板にスピンコーティングした。スチレン主鎖が保有するアミノ基は、Ｘ、すなわちスクシンイミジル活性化エステルと反応し得る相補的反応基である。次いで、電極を真空下で２４時間、１５０℃で加熱した。未反応のポリスチレンを、２週間ＴＨＦでソックスレー抽出により除去した。修飾された電極のＦＴＩＲ−ＲＡＳスペクトルから、ポリスチレンの堆積を確認した（スチレン単位に典型的な、３０８６ｃｍ^-1、３０６４ｃｍ^-1、３０２８ｃｍ^-1、２９２７ｃｍ^-1、及び１６０１ｃｍ^-1、１４８７ｃｍ^-1、１４４４ｃｍ^-1、及び１００１ｃｍ^-1でのバンド）。その上、グラフトされたポリスチレン膜は、剥離試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３３０Ｍ−９０）で分離しなかった。
【００８１】
ｃ）鋼に電着したポリ（アクリレートスクシンイミド）上へのフェロセンアミンのグラフト
フェロセンアミンを、グラフトオントゥ法によりポリアクリレートスクシンイミド（図１のＰ）上にグラフトした（図２ｂ）。この目的のため、修飾された炭素板又は金板を、０．１ｇのアミノフェロセン（Van Leusen D. et al, Organometallics, 2001, 20, 224-226に従って合成した）及び触媒量のジメチルアミノピリジンを含有する５ｍｌのＤＭＦ溶液に、室温で６日間浸漬した。ＤＭＦ及びアセトニトリルでリンスした後、フェロセンの表面への結合を、様々な走査速度（１００、５０、及び２０ｍＶ／秒）の陽極電位範囲でフェロセンの電気活性（electroactivity）を示すサイクリックボルタンメトリー（図１０）により証明した。
【００８２】
ｄ）鋼に電着したポリ（アクリレートスクシンイミド）上へのビオチン（biotine）−カダベリンのグラフト
ビオチン−カダベリン（Aldrich）を、グラフトオントゥ法によりポリアクリレートスクシンイミド（図１のＰ）上にグラフトした（図２ｂ）。この目的のため、グラフトしたポリアクリレートスクシンイミドをもつ修飾された白金板、金板、又はＩＴＯ−ガラス（以下を参照）板を、２．５ｍｌの乾燥ＤＭＦに溶解した１２．５ｍｇのビオチン−カダベリン（ｎ−（５−アミノペンチル）ビオチンアミド）（ＭＭ４４２．５０ ｎ＝２、８３．１０^-5ｍｏｌ）及び２．８５ｍｇのトリエチルアミン（ＭＭ１０１．１９ ｎ＝２、８３．１０^-5ｍｏｌ）及び触媒量のジメチルアミノピリジンに、室温で４日間浸漬した。反応後、物質をＤＭＦ及びアセトニトリルでリンスした。ビオチン−カダベリンのデバイスへの効率的な結合は、ジメチルアミノシンナムアルデヒドを使用する比色試験（Vanwetswinkel S., et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry, 1995, 3(7), 907-915に従う）により証明した。図１１は、色素なし（曲線ｂ）と比較した、色素により顕示されたコーティングの吸光度（曲線ａ）を示す。このスペクトルは、インジウム−スズ酸化物の薄い導電膜でコーティングされたガラス（ＩＴＯ−ガラス）からなる、電気グラフトされた透明な基材を使用してＵＶ−ＶＩＳ分光光度計（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｕ３３００）で記録された。
【００８３】
［実施例１０］
グラフトされたＰＥＡ−ＰＣＬコーティングにキャストされたＰＣＬ膜内への、蛍光分子、ローダミン−６Ｇの組み込み、及び水性媒質への放出
ＰＣＬを、実施例１に記載されるように、鋼（２０×１０×１ｍｍ−板）上に電気グラフトされたＰＥＡ下塗りからグラフトした。クロロホルム中ＰＣＬ（１０ｗｔ％、Ｍ_n＝５．８ １０³）及びローダミン−６Ｇ（１１．２ｗｔ％、３３６ｕｇ）の３ｍｌの溶液を、ＰＥＡ−ＰＣＬコーティングされた板上にキャストし、続いてＰＣＬのみのクロロホルム溶液で先のローダミンとＰＣＬの上塗りを覆った。次いで、板を、３７℃で、１ｍｌのリン酸緩衝液（０．１３Ｍ、ｐＨ７．４）に浸漬した。水性体積全体を、標準回で回収して、新鮮な緩衝液と交換した。分取量のローダミン−６Ｇの濃度を、蛍光分光法により測定した（励起波長５２６ｎｍ、発光波長５５０ｎｍ）。発光研究の最後（６．７５日）には、ＰＣＬ上塗りはもはや接着しておらず、表面から分離していた。しかしながら、低角度ＩＲ分光法により、表面はおそらく電気グラフトされたＰＥＡ−ＰＣＬコーティング由来のＰＣＬで覆われたままであったことが証明された。ローダミン−６Ｇは、初期の時点では、おそらくＰＣＬ上塗りによる限定された破裂効果で、定期的にＰＣＬコーティングから放出された（図１２）。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】電気グラフトによる導電性表面ＳへのポリマーコーティングＰの形成方法を示す図である。
【図２】グラフトフロム（Ｉ）及びグラフトオントゥ（II）によるポリマーコーティングＰの形成方法を示す図である。
【図３】電気グラフトされるマクロモノマーの例を示す図である。
【図４】実施例１における電流と電圧との関係を示す図である。
【図５】実施例４における電流と電圧との関係を示す図である。
【図６】実施例４におけるグラフトされたＰＳ鎖の分子質量Ｍｎとラマンシグナルの強度との関係を示す図である。
【図７】実施例５における電流と電圧との関係を示す図である。
【図８】実施例５におけるグラフトされたＰＳ鎖の分子質量Ｍｎとラマンシグナルの強度との関係を示す図である。
【図９】実施例６における電流と電圧との関係を示す図である。
【図１０】実施例９における電流と電圧との関係を示す図である。
【図１１】実施例９における吸光度と波長との関係を示す図である。
【図１２】実施例１０にけるＰＣＬコーティングから放出されたローダミン−６Ｇと時間との関係を示す図である。
【図１３】実施例１に係るスキーム１である。
【図１４】実施例４に係るスキーム２である。
【図１５】実施例５に係るスキーム３である。
【図１６】実施例６に係るスキーム４である。
【図１７】実施例７に係るスキーム５である。
【図１８】実施例９に係るスキーム６である。

Claims (33)

1. 導電性表面上に強力に接着したポリマーコーティングを電気グラフトにより堆積させるプロセスであって、前記表面上に下塗りＰを形成するための、且つ次の一般式：
   

   

   （式中、Ｒは、水素又はメチルを表す）
   を有する活性モノマーで前記表面に電気化学的グラフトを行うことを含み、且つ前記モノマーはＸ基（これはあらかじめ形成されたポリマーの一部分であるか、又は重付加反応のための中間作用物質であるか、又は少なくとも１つの相補反応基を有する分子の結合のためのアンカー基である）を含むことを特徴とするプロセス。
2. Ｘは、重付加の中間作用物質である請求項１に記載のプロセス。
3. 前記中間作用物質は、ポリマー上塗りＴＣを形成する第二のモノマーと反応するニトロキシドラジカルを介したラジカル重合（ＮＭＰ）の開始剤である請求項２に記載のプロセス。
4. 前記開始剤は、スチレン重合の開始のためのアルコキシアミンである請求項３に記載のプロセス。
5. 前記モノマーは、１−アクリルオキシ−２フェニル−２−（２'，２'，６'，６'−テトラメチル−１'−ピペリジニルオキシ）エタンである請求項４に記載のプロセス。
6. 前記中間作用物質は、ポリマー上塗りＴＣを形成する第二のモノマーと反応する、原子移動重合を介したラジカル重合（ＡＴＲＰ）の開始剤である請求項２に記載のプロセス。
7. 前記モノマーは、下塗りＰとしてポリ（２−クロロプロピオン酸）アクリル酸エチルを形成するアクリル酸エチルの２−クロロプロピオン酸エステルである請求項６に記載のプロセス。
8. ポリマー上塗りＴＣを形成する前記原子移動重合を触媒する金属錯体をさらに含む請求項６又は７に記載のプロセス。
9. 前記ポリマー上塗りはポリエステルである請求項８に記載のプロセス。
10. 前記中間作用物質は、ポリマー上塗りＴＣを形成する可逆的付加−開裂（ＲＡＦＴ）の開始剤又は転移剤である請求項２に記載のプロセス。
11. 前記中間作用物質は、ポリマー上塗りＴＣを形成する第二のモノマーと反応する、開環重合（ＲＯＰ）の開始剤である請求項１に記載のプロセス。
12. Ｘは、アルコキシド、好ましくはアルミニウムアルコキシドである請求項１１に記載のプロセス。
13. 前記モノマーは、アクリル酸エチルである請求項１２に記載のプロセス。
14. 前記第二のモノマーは、ポリマー上塗りとしてポリ（ε−カプロラクトン）を形成するためのε−カプロラクトンである請求項１３に記載のプロセス。
15. 前記第二のモノマーは、ポリマー上塗りとしてポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）を形成するＤ，Ｌ−ラクチドである請求項１２に記載のプロセス。
16. Ｘは、あらかじめ形成されたポリマーの一部分である請求項１に記載のプロセス。
17. 前記あらかじめ形成されたポリマーは、生体適合性及び／又は生分解性である請求項１６に記載のプロセス。
18. 前記あらかじめ形成されたポリマーは、ホモポリ（４−（アクリロイルオキシ）−ε−カプロラクトン）（ポリＡＣＬ）である請求項１７に記載のプロセス。
19. 前記あらかじめ形成されたポリマーは、ポリエチレンオキシドジアクリレートである請求項１４に記載のプロセス。
20. 前記Ｘは、少なくとも１つの相補反応基を有する分子又は高分子の結合のためのアンカー基である請求項１に記載のプロセス。
21. ポリマー上塗りを形成する高分子の結合のための請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記相補反応基はアミノ基である請求項２０又は２１に記載のプロセス。
23. Ｘは、Ｎ−アクリロイルオキシスクシンイミドである請求項２０ないし２２のいずれか１項に記載のプロセス。
24. 前記高分子は、アミノ基含有ポリスチレンである請求項２３に記載のプロセス。
25. 前記上塗りは、ポリ（メタ−（イソプロピル−２−アミノ）スチレン−コ−スチレン）である請求項２４に記載のプロセス。
26. 請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のプロセスにより得られる導電性表面上のポリマーコーティング。
27. ３７００Ｎ／ｍを超える接着強度を有する請求項２６に記載のポリマーコーティング。
28. １ミクロンを超える厚さを有する請求項２６に記載のポリマーコーティング。
29. 金属プロテーゼのための請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のプロセスにより得られるポリマーコーティングの使用。
30. ステントのための請求項２９に記載の使用。
31. 防護コーティングとしての請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のプロセスにより得られるポリマーコーティングの使用。
32. 絶縁層としての請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のプロセスにより得られるポリマーコーティングの使用。
33. 請求項１ないし２５のいずれか１項に記載のプロセスにより得られるポリマーコーティングの、引っ掻き防止材としての使用。

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