JP2008533263A - ポリマー表面への材料の移動 - Google Patents
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Abstract
Description
平滑な表面又は少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する加工面を用意し、
上記少なくとも1つの感熱性材料に悪影響を及ぼさない温度の上記加工面の少なくとも一部に、上記感熱性材料を塗布し、
上記加熱ポリマーを上記加工面に接触させ、
上記加工面の表面形状によって上記加熱ポリマーを成形し、
上記少なくとも1つの感熱性材料を上記加工面からポリマー表面に移し、そして、少なくとも1つの上記感熱性材料が、上記加熱ポリマーとの接触時又は接触後の熱によって実質的に悪影響を受けないように、上記加工面の温度を十分低く維持する
工程を含む方法を提供する。
少なくとも部分的に型押し加工した加工面を用意し、
コンタクトプリントによって上記加工面の凸部に上記少なくとも1つの材料を選択的に塗布し、
上記加熱ポリマーを上記加工面と接触させ、
上記加工面の表面形状によって上記加熱ポリマーを成形し、
上記加工面と上記加熱ポリマーとが接触させながら、上記少なくとも1つの材料を上記加工面から上記ポリマー物品の表面に移す
工程を含む方法を提供する。
射出成形は、交換可能なシムを有する水冷式金型を装備したEngel製25トン機で実施した。シムの寸法は、39mm×44mm、厚さ300μmであった。シムは、高熱伝導性バックプレートによって支持した。使用したニッケル製シムは、平坦領域と、突出線からなる等間隔の格子を有する25箇所の1mm×1mm領域とを含んでいた。線幅及び線間隔は、3.1μm〜100nmの範囲にあった。線は、シムの基底より220nm高くした。移される媒体を塗布した後、シムを金型内に取り付け、ポリマーを金型内に注入した。水冷は、最低温度に設定し、金型温度を26℃にした後溶融ポリマーを注入した。金型温度は、バックプレートのサーミスタによって監視し、溶融ポリマーを注入中約30℃まで上げた。60秒の冷却時間の後、ポリマー物品を金型から取り出した。
シム上への材料のコンタクトプリントは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製の柔軟性スタンプを使用して実施した。PDMS製の平坦スタンプは、PDMSのプレポリマー成分(Sylgard 184, Dow Corning, Midland, MI)をペトリ皿に流し込んで硬化させることによって作製した。構造化したPDMS製スタンプは、フォトレジストで予めパターン形成したシリコンマスターにPDMSのプレポリマー成分を流し込んで硬化させることによって作製した。シリコンマスターは、ネガ型フォトレジスト(SU−8, MicroChem)をシリコンウエハー上にスピンコートし、次いでUVリソグラフィーを行うことによって作製した。硬化後、スタンプは、マスターから剥離し、カミソリ刃を用いて必要サイズに切断した。スタンプの表面化学的性質は、使用前に改変されなかった。
形状をもたらす表面を金型キャビティーの金属製インレー上に形成した。ニッケル製の金属製インレーをキャビティーから取り外し、材料の溶液中に浸漬させた。蛋白質、すなわちフィブロネクチン又はウシ血清アルブミンによる被覆は、それぞれの蛋白質をリン酸緩衝食塩水に溶かした10μg/mlの溶液中に30分間浸漬し、次いで生じた被覆表面をリン酸緩衝食塩水中に3回浸漬することによって進行した。手順の最終段階は、アルゴン流中の表面乾燥を含んでいた。実施した他の実験の示唆するところでは、形状作製表面に移る蛋白質の量をわずかに削減するだけで、30分のインキュベーション時間を1分にまで低減し得る。
加工面を被覆する材料への平坦材料接着剤を、上記表面と接触させ、再度取り除いて、凸部を未被覆にしておく。一実施例では、加工面は、ニッケル製であり、浸漬析出法を使用してフィブロネクチンで被覆した。使用した平坦材料は、0.5mbarの酸素プラズマ中で1分間前処理したポリ(ジメチルシロキサン)ゴムであった。平坦ゴム材料を、被覆表面と1分間接触させた。ゴム材料の剥離後、加工面の突出した領域上に検出し得たフィブロネクチンは、無視できる量であった。別の実施例では、加工面は、ニッケル製であり、1mbarのトリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリクロロシランの気相で1時間変性させ、その後浸漬析出法を使用してフィブロネクチンで均一に被覆した表面であった。表面の突出した領域から蛋白質を取り除くために使用した平坦材料は、未処理のポリ(ジメチルシロキサン)ゴムであった。平坦ゴム材料を、加工面と1分間接触させておき、その後の表面の凸部上に検出し得たフィブロネクチンは無視できる量であった。
加工面、例えばニッケル製の加工面は、1つの材料の溶液、例えばリン酸緩衝食塩水に溶解したウシ血清アルブミン中に浸漬することによって均一に被覆する。平坦材料接着剤、例えば、酸素含有プラズマ中で酸化したポリ(ジメチルシロキサン)ゴムを、被覆表面と接触させ、1分間放置し、取り除く。次いで、例えば未処理のポリ(ジメチルシロキサン)上に被覆したフィブロネクチンを使用した、被覆された平坦スタンプでコンタクトプリントを使用することにより、未被覆の表面凸部に第2の材料を被覆する。
複写能は、溶融ポリマーの注入速度を変化させることによって調節した。様々な形状表面の微視的パターンを採用した。構成の1つは、表面の直交する両寸法に沿って間隔3.1μm、3.1μm×3.1μm、高さ200nmの正方形からなる加工面を使用した。加工面はニッケル製であった。一連の実験では、ポリマーは、ガラス転移温度145℃を有するDVDグレードのポリカーボネートであった。加工面の温度は95℃であり、ポリマー溶融物は、温度320℃で金型キャビティー内に注入した。注入速度は、0.05m/s〜0.5m/sで変化させた。最低速度では、生じたポリマー複製物には測定可能な微視的複製が示されず、凹凸領域の高度差は1nm未満と判定した。構造が完全に複製されるまで、注入速度が増加するにつれて徐々に改良される複写製能は、0.3m/sを超える速度で見出された。一方、金型キャビティーの巨視的形状をポリマー物体へ完全に複製することは、検討した注入速度全ての場合で認められた。
蛍光標識IgGの移動は、蛍光標識IgG溶液(ダルベッコのリン酸緩衝食塩中水のAlexa Fluor 546マギ抗マウスIgG(H+L),(Molecular Probes))25〜50μg/mlを用いて被覆した平坦スタンプと、間隔10μm、幅3.1μmの直交線の格子でパターン形成したシムとを使用する一般手順に従って実施した。IgGをプリントしたシムを使用する射出成形を、一般手順に従って実施し、冷却時間60秒間の後に複製物を金型から取り出した。蛍光CLSM顕微鏡(Zeiss LSM5 Pascal共焦点レーザー走査型顕微鏡、543 nm励起線)を使用して、移動IgGの存在と位置を判定した。また、得られた顕微鏡写真を図5Aに示す。この顕微鏡写真によれば、シムのプリントされた領域に相当するIgGパターンを形成していることが明瞭に示されている。
移動は、シム上の線が、幅310nm、10μm間隔であることを除き、上記実施例7に関して実施した。得られた顕微鏡写真を図5Bに、表面のAFM像を図5Cに、及びAFM線プロファイルを図5Dに示す。この場合も、ポリマー表面上に形成したIgGパターンが、シム上にプリントしたパターンに相当することがわかる。
フィブロネクチン溶液(ヒト血漿由来、Sigma−Aldrich、ダルベッコのリン酸緩衝食塩水溶液)100μg/mlを用いて被覆した平坦スタンプと、10μmの間隔で幅1μmの直交線の格子でパターン形成したシムとを使用する一般手順に従って、フィブロネクチンの移動を実施した。射出成形は、一般手順に関して実施し、60秒後ポリマーを金型から取り出した。次いで、ポリマー表面は、ヒト血清アルブミン(HSA;20μg/ml、Sigma−Aldrich)で被覆し、一次抗体(マウスで産生されたモノクローナル抗フィブロネクチン抗体25〜50μg/ml、Sigma−Aldrich)、次いで蛍光標識二次抗体(10〜20μg/ml Alexa Fluor 546ヤギ抗マウスIgG(H+L)、Molecular Probes)で染色した。移動した標識フィブロネクチンの蛍光CLSM顕微鏡写真を図6Aに示す。この写真から、フィブロネクチンは、シム上にプリントしたパターンに従って移動し、その後、一次抗体に結合できることが示される。
使用したシムが、幅100nm、間隔10μmの線の格子でパターン形成したことを除いて、実施例9と同様に、移動、成形、及び染色を実施した。ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図6Bに示す。この場合も、フィブロネクチンは、シムのパターンに従って移動し、一次抗体に結合することができる。
使用したシムが、幅100nm、間隔3.1μmの線の格子でパターン形成したことを除いて、実施例9と同様に、移動、成形、及び染色を実施した。蛍光顕微鏡写真を図6Cに示す。この場合も、フィブロネクチンは、シムのパターンに従って移動し、一次抗体に結合することができる。
スタンプの基底に対し16μm高くした、間隔40μmの突出する40μm正方形でスタンプを構造化したことを除いて、実施例9に従って移動を実施し、シムのパターン形成した箇所上とシムの平坦箇所上とにそれぞれ部分的にスタンプを実施した。射出成形は、一般手順に従って実施し、冷却時間60秒間の後にポリマーを金型から取り出した。ポリマー表面を、実施例9の方法に従って4℃でHSAを用いて4日間ブロックした。フィブロネクチンを実施例9にあるように染色し、ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図7Aに示す。フィブロネクチンの正方形をシムの平坦領域上にプリントした場所に明るい正方形が見られる。更に、シムのパターン形成した領域上でフィブロネクチンの正方形がプリントされた場所に、格子線の基礎構造が見られる。HSA中に4日間おいた後蛋白質のパターンが明瞭であるので、蛋白質は表面上で移動できないことが示される。図6の格子パターンが、溝での結合が優位なことなどの、シム又はポリマーの表面形状の加工物の結果として得られたものではなかったことも、得られたパターンから示される。
シムのパターン形成した領域上にのみスタンプをプリントしたことを除き、実施例12に従って移動、成形、及び染色を実施し、ポリマー表面は、4日間HSAでブロックしてから免疫染色した。ポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図7Bに示す。
フィブロネクチンと蛍光標識IgGが20:1の混合物の移動は、スタンプの基底に対し16μm高くした、間隔100μmの100μm正方形で構造化したスタンプと平坦シムとを使用して、一般手順に従って実施した。スタンプは、フィブロネクチン:IgGが20:1の、100μg/mlのフィブロネクチンを含有する溶液中で被覆した。射出成形は、一般手順にあるように、プリントしたシムを使用して実施し、ポリマー複製物は、冷却時間60秒後、金型から取り出した。次いで、ポリマー複製物の表面は、HaCat細胞で処理した。細胞培養後のポリマー表面の蛍光顕微鏡写真を図8A(蛍光標識IgGに相当する暗い領域)に示し、表面の反射顕微鏡写真を図8B(HaCat細胞に相当する暗い点)に示す。接着した細胞の94%は、蛋白質被覆領域内に位置し、従って移動フィブロネクチンは、細胞接着を引き起こす能力を維持することが示された。
PDMS製平坦スタンプを使用し、スタンプを10000rpmで回転させながらスタンプ上にパラジウムコロイド懸濁液を滴下して、移動を実施した。シムは、電子ビームリソグラフィーにより、櫛形アレイ(interdigitated array)のパターンでパターン形成した。すなわち、厚さ300μmのブランクを有するニッケル製シムは、FOx−14(Dow Corning)でスピンコートし、180℃1時間ベークして前暴露し、また、パターンは、走査型電子顕微鏡(modified Zeiss DSM 960、100μC/cm2)を使用して書いて、作製した。スタンプとシムとを接触させた。シムの平坦部分のAFM像及び対応する線プロファイルを図9に示す。ポリプロピレン溶融物(Inspire H−710,Dow Plastics)は、シムを備えた金型内に注入し、ポリマー複製物は、注入後15秒後に金型から剥離する。次いで、複製物を、硫酸銅、ロッシェル塩、及び水からなる槽中に入れ、金属銅は、Pdコロイドを移動させたポリマーの領域上に溶液から析出した。複製物の反射顕微鏡像を図10に示し、図中、明るい領域は被覆された銅であり、暗い領域は未被覆ポリマーである。
Claims (25)
- 少なくとも1つの感熱性材料を、ポリマー物品の表面の少なくとも一部上に提供する方法であり、前記ポリマー物品は、前記少なくとも1つの感熱性材料に悪影響を及ぼすのに十分な温度を有する加熱ポリマーから成形されているところの方法であって、
平滑な表面又は少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する加工面を用意し、
前記少なくとも1つの感熱性材料に悪影響を及ぼさない温度の前記加工面の少なくとも一部に、前記感熱性材料を塗布し、
前記加熱ポリマーを前記加工面に接触させ、
前記加工面の表面形状によって前記加熱ポリマーを成形し、
前記少なくとも1つの感熱性材料を前記加工面からポリマー表面に移し、そして、前記少なくとも1つの感熱性材料が、前記加熱ポリマーとの接触時又は接触後の熱によって実質的に悪影響を受けないように、前記加工面の温度を十分低く維持する
工程を含むことを特徴とする方法。 - 加熱ポリマーから成形されたポリマー物品の表面の少なくとも一部上に少なくとも1つの材料を提供する方法であって、
少なくとも部分的に型押し加工した加工面を用意し、
コンタクトプリントによって前記加工面の凸部に前記少なくとも1つの材料を選択的に塗布し、
前記加熱ポリマーを前記加工面に接触させ、
前記加工面の表面形状によって前記加熱ポリマーを成形し、
前記加工面と前記加熱ポリマーとを接触させながら、前記少なくとも1つの材料を前記加工面から前記ポリマー物品の表面に移す
工程を含むことを特徴とする方法。 - ポリマー物品を射出成形によって成形し、前記加工面が金型内部の表面を形成する、請求項1又は請求項2に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- カレンダー加工を含むプロセスによってポリマー物品を成形する、請求項1又は請求項2に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面を冷却する冷却手段が、前記加工面の温度を30℃以下に維持する、請求項1から4のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面に塗布される材料を、コンタクトプリントによって前記加工面に塗布する、請求項1から5のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面に塗布される材料を、平滑であるか又は少なくとも部分的に型押し加工されたスタンプを使用して前記加工面に塗布する、請求項6に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面に塗布される材料を、少なくとも部分的に型押し加工された表面を有する前記加工面に、型押し加工された前記表面の少なくとも一部の凸部のみを前記材料で被覆するように塗布する、請求項1から7のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 第1の材料を塗布した後、第1の材料の少なくとも一部を加工面から取り除き、そして、少なくとも1つの第2の材料を、第1の材料が取り除かれた前記加工面の各部分のうちの少なくともいくつかに塗布する、請求項1から8のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面を少なくとも部分的に型押し加工し、前記加工面の型押し加工された各部分の少なくともいくつかの凸部を被覆するように、前記加工面の親水性を改変する材料を塗布し、そして、所定の材料を、前記加工面の少なくとも一部に塗布し、相容性の高い親水性を有する前記加工面の凸部に選択的に接着する、請求項1、3、4、又は5のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面に塗布される材料が、蛋白質、多糖、糖蛋白質、プロテオグリカン、リポ蛋白質、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、オリゴペプチド、オリゴヌクレオチドからなる群から選択される少なくとも1つの生体分子であり;又は、抗体若しくは抗体の結合フラグメントを含み;又は、細胞接着促進剤又は細胞剥離試薬を含み;又は、哺乳動物の細胞外基質の成分又は血液、間質液、もしくは他の体液の成分を含み;又は、哺乳動物、植物、細菌、又は菌類の細胞壁の成分である、請求項10に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 前記所定の材料が、ポリリジン、フィブロネクチン、ラミニン、及びコラーゲン類の蛋白質からなる群から選択される細胞接着促進剤であり;又は、前記所定の材料が、デキストラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、及びヘパリンからなる群から選択される細胞剥離剤であり;又は、前記所定の材料が、フィブリノゲン、フィブリン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、蛋白質のコラーゲン類のメンバー、アルブミン、補体因子、又は血小板からなる群から選択される、哺乳動物の細胞外基質の成分又は体液の成分であり;又は、前記所定の材料が、インテグリン類のメンバー、リポ多糖類のメンバー、黄色ブドウ球菌のプロテインA及びプロテインGとこれらの誘導体からなる群から選択される、哺乳動物、植物、細菌、又は菌類の細胞壁の成分である、請求項11に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 溶融ポリマーを金型に注入する速度を変化させること、及び、加工部分の表面の熱輸送特性を空間的に選択的に変化させることとから選択される、複製加工のパラメーターを選択することによって、表面形状複写製能を調節する、請求項1から12のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工部分の微視的表面形状を、巨視的表面形状とは異なる細部で複製する、請求項13に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 少なくとも1つの材料が、触媒活性物質を含む、請求項1から14のいずれか1つに記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- ポリマー物品上の触媒活性物質を少なくとも1つの試薬に曝して、前記触媒活性物質が反応に触媒作用を及ぼすことを更に含む、請求項15に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 少なくとも1つの試薬が溶液である、請求項16に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 試薬の溶液が、触媒活性物質に曝されると、不溶生成物を空間選択的に析出させる、請求項17に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 加工面の凸部と接触することにより成形されるポリマー物品の表面の凹んだ領域内に前記不溶生成物が含まれ、そして、前記不溶生成物は、前記ポリマー物品の周囲表面領域から凹んでいない、請求項18に記載の、前記ポリマー物品を提供する方法。
- 試薬の溶液が、触媒作用で分解されて、不溶の金属生成物、好ましくは銅を形成する無機錯体を含む、請求項18又は請求項19に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 触媒活性物質と少なくとも1つの試薬とが、相互作用して、局所領域で制御された所定量の生成物を発生させる、請求項16に記載のポリマー物品を提供する方法。
- 前記少なくとも1つの材料が、起源としては非生物材料であるが、生物活性特性を示す材料を含む、請求項1から14のいずれか1つに記載のポリマー物品を提供する方法。
- 少なくとも1つの前記非生物材料が、ポリ(エチレングリコール)、ポリアクリルアミド、及びフッ素化ポリマーからなる群から選択される、請求項22に記載の、ポリマー物品を提供する方法。
- 前記加工面が、少なくとも1つの型押し加工領域を有しており、前記型押し加工領域は、1mm未満の少なくとも1方向の寸法を有する、突出した領域又は凹んだ領域を含んでいる、請求項1から23のいずれか1つに記載の方法。
- 前記寸法が、10μm未満である、請求項28に記載の方法。
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