JP5013575B2 - 素材の表面処理方法 - Google Patents
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式中、mは2〜6、nは1〜4である。
X1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
本発明で用いる表面処理剤(表面改質剤)は、下記式(1)、または(5)若しくは(6)で示されるホスホリルコリン基含有化合物である。特開2005−187456号公報にその製造方法が詳しく記載されている。
式中、mは2〜6、nは1〜4である。
X1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
式(2)〜(4)中、Lは1〜6、Pは0〜3を表す。
式中、mは2〜6、nは1〜4である。X1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
下記式(7)に示したホスホリルコリン誘導体を蒸留水に溶解させる。下記式(7)のホスホリルコリン誘導体は公知の化合物であり市販品を入手できる。
また、式(5)または(6)中のメトキシ基(OCH3)がエトキシ基(OC2H5)である場合にはメタノールをエタノールに変えて反応を行い、Clの場合はジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシドに変更する。
さらには、Siと結合するメトキシ基またはエトキシ基またはClの内、2つまたは1つがメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれかで置換されている場合も上記の手法と全く同様に製造することができる。
得られた上記化合物のメタノール溶液を減圧濃縮し、残留物を蒸留水に溶解させる。この水溶液を試料とする。疎水性相互作用とカチオン交換能を有する高速液体クロマトグラフィー用カラムである、カプセルパックSCX UG80 S−5 (サイズ:4.6mmi.d.×250mm)(株式会社資生堂)をHPLC装置に接続し、0.2mmol/Lのリン酸緩衝液(pH3.5)を1mL/分の流速で流して平衡化させたのちに、試料を10μL注入する。検出器として示差屈折計を用いることでクロマトグラムを得られ、目的とする化合物を単離することができる。
素材表面に対する金属酸化物又はシリカの蒸着方法としては、一般的な方法を用いることができる。真空蒸着、スパッタリング、熱CVD、光CVD、プラズマCVD、反応性蒸着等が好適に利用できる。
金属酸化物として、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム等を用いることができる。これらは単独でも、2種以上を混合しても良い。蒸着の厚みは特に限定されるものではなく、表面が満遍なく被覆されていれば良い。
素材表面を処理するアルコキシシラン化合物としては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシモノアルキルシラン、ジアルコキシジアルキルシランが好ましいが、これらに限定されるものではない。処理方法は特に限定されないが、一般的は手法として、素材をアルコキシシラン化合物を含有する溶液に素材を浸漬させるか或いは素材表面に上記溶液を塗布し、乾燥させて皮膜を形成させる。必要に応じて溶液に水或いはアルカリを添加しても良い。また、乾燥させる際に加熱を行っても良い。また、乾燥後、残存するアルコキシ基を水酸基に加水分解するため水処理を行っても良い。
本発明においては、素材表面の極性が比較的高いものから中程度のものはアルコキシシラン化合物による処理が好ましい。例えば、PMMA、ポリアミド、ナイロンなどはアルコキシシラン化合物により処理することが好ましい。
ポリシラザンによる処理方法は、ポリシラザン溶液中に、素材を浸漬又は上記溶液を素材表面に塗布、乾燥させるものであり、必要に応じて加熱や水処理を行っても良い。
本発明においては、素材表面の極性が中程度のものから比較的低いものはポリシラザンによる処理が好ましい。例えば、アルキルシリコーン、テフロン(登録商標)などはポリシラザンによる処理することが好ましい。
金属酸化物若しくはシリカの蒸着、又は、アルコキシシラン化合物若しくはポリシラザン処理を行った素材に対する、上記式(1){(5)、(6)}による処理方法は特に限定されるものではない。一般的な方法として、(5)又は(6)の溶液を素材に塗布、又は、該溶液に素材を浸漬し、乾燥させることで達成できる。必要に応じて、該溶液に、水又は酸又はアルカリを添加したり、処理時間を延長したり、加熱することも可能である。また、素材の有機溶媒に対する耐久性に応じて、溶媒を適宜選択できる。処理方法は特開2005−187456号公報に詳しく記載されている。
限定されるものではない。
L−α−グリセロホスホリルコリン(450mg)を蒸留水15mlに溶解し、氷水浴中で冷却した。過ヨウ素酸ナトリウム(750mg)を添加し、5時間攪拌した。反応液を減圧濃縮、減圧乾燥し、メタノールにより化学式(5)に示す目的物を抽出した。続いて上記のメタノール溶液に3−アミノプロピルトリメトキシシラン(300mg)を添加後、室温で5時間撹拌したのち、氷冷し、シアノヒドロホウ素化ナトリウム(100mg)を添加し、室温に戻して16時間撹拌する。この間も反応容器には乾燥窒素を流し続ける。沈殿をろ過した後、式(A)のメタノール溶液を得る。
図1に、式(A)の化合物の1H−NMRデータを示す。
1−α―グリセロホスホリルコリン5gを水70ml−アセトニトリル30mlに溶解した。氷冷下、過ヨウ素酸ナトリウム17gと三塩化ルテニウム80mgを添加し、一晩攪拌した。沈殿物をろ過し、減圧濃縮、メタノール抽出により化学式(6)に示す目的とするカルボキシメチルホスホリルコリンを得た。続いてアセトニトリルに式(6)の化合物及び塩化チオニル3gを氷冷下で添加、30分間攪拌し、3−アミノプロピルトリメトキシシラン3.8gを添加、反応容器には乾燥窒素を流し続け、3時間室温で攪拌して、目的とする式(B)の化合物を得る。
図2に、式(B)の化合物の1H−NMRデータを示す。
1cmx1cmのPETフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PETフィルムを得た。
1cmx1cmのPETフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PETフィルムを得た。
1cmx1cmのポリカーボネートフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ポリカーボネートフィルムを得た。
1cmx1cmのポリカーボネートフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ポリカーボネートフィルムを得た。
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、プラズマPVD蒸着法により酸化チタンを蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
1cmx1cmのPMMAフィルム表面に、プラズマPVD蒸着法により酸化亜鉛を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5mlに浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
平均粒子径100μmのナイロン粒子10gに、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例1の化合物を1mmolの濃度で含むメタノール溶液20mlに添加し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ナイロン粒子を得た。
1cmx1cmのステンレス鋼板表面に、真空蒸着法により酸化ケイ素を蒸着した。続いて合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5ml中に浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理ステンレス鋼板を得た。
1cmx1cmのPMMAフィルム上にテトラブトキシシラン0.1ml及び水0.01mlとエタノール0.01mlを混合したものを塗布し、60℃で3時間加熱した。フィルムを水−エタノール混合液に1時間浸漬させた後、更に水に1時間浸漬させ、合成例2の化合物を1mmolの濃度で含むアセトニトリル溶液5ml中に浸漬し、60℃で1時間加熱し、水で洗浄して処理PMMAフィルムを得た。
上記で行った本発明の表面処理方法により導入されたホスホリルコリン基は、過塩素酸を用いた前処理を行った後、モリブデンブルー法によるリンの定量分析により定量した(参考文献:実験化学講座(14)第4版分析, 3.8.2リン 丸善)。結果を「表1」に示す。いずれの実施例においても、ホスホリスコリン基が効率良く各種素材の表面に導入されていることが確認された。
ウシ血清アルブミン及び卵黄リゾチームの非特異吸着量をマイクロBCA法により定量した。比較例1として未処理PET、比較例2として未処理ポリカーボネート、比較例3として未処理PMMA、比較例4として未処理ステンレスを評価した。結果を「表2」に示す。いずれの実施例においても、ホスホリルコリン基を導入した素材表面に対する蛋白質の吸着は大幅に抑制された。
すなわち、各種素材に、タンパク質やポリペプチドの吸着が極めて少ないホスホリルコリン基を、簡便かつ定量的に、高い耐久性をもって導入することができる。また、ホスホリルコリン基以外の未反応官能基が導入されることも無いために、極めて生体適合性の高い素材を提供することが可能である。また、表面への蛋白吸着も少ないことから、医療材料、分析装置、診断・分析用粒子、化粧料などに応用可能である。
Claims (6)
- 素材表面をトリアルコキシモノアルキルシラン又はジアルコキシジアルキルシランにより処理してシラノール基を導入した後、下記式(1)で示されるホスホリルコリン基含有化合物により処理を行う素材の表面処理方法。
(1)
式中、mは2〜6、nは1〜4である。
X1、X2、X3は、それぞれ単独に、メトキシ基、エトキシ基またはハロゲンである。ただし、X1、X2、X3のうち、2つまではメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基のいずれでも良い。
Rは下記式(2)〜(4)中の構造のいずれかである(ただし、下記式(2)〜(4)構造において、式(1)の化合物をA−R−Bで表す)。
(2)
(3)
(4)
式(2)〜(4)中、Lは1〜6、Pは0〜3を表す。 - 請求項1記載の表面処理方法により処理された樹脂素材。
- 請求項1記載の表面処理方法により処理された改質粉体。
- 請求項1記載の表面処理方法により処理された金属素材。
- 請求項1記載の表面処理方法により処理されたセラミックス素材。
- 請求項1記載の表面処理方法により処理された繊維素材。
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