JPH08511284A

JPH08511284A - ポリマーの化学的官能化

Info

Publication number: JPH08511284A
Application number: JP6521276A
Authority: JP
Inventors: ジョンエフダブリューキーナ; マーティンエヌウィボーン; スイションツァイ; カンスカールマノジュ
Original assignee: オレゴン州
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1996-11-26
Also published as: AU6521094A; CA2158550A1; EP0689684A1; WO1994022053A1; EP0689684A4

Abstract

(57)【要約】ポリマー物質を共有的に修飾する方法、およびこのようにして修飾された種々のポリマーを開示する。この方法は、それぞれがニトレン生成基と官能化基とを有する分子を備えた官能化剤を必要とする。官能化剤の分子を、ポリマー分子と反応するように近づけ、反応エネルギー源、例えばフォトン、電子または熱に暴露し、これによりニトレン生成基は、−ＣＨ、−ＮＨ、−ＯＨ、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ−Ｃ−および他の基と共有的に反応して、官能化基のポリマー分子へのニトレン付加または挿入を行わせる。官能化は、１段階または複数段階の工程を通じて実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】ポリマーの化学的官能化謝辞本発明は、国立一般医療科学研究所からの付与番号ＧＭ２７１３７および海軍研究所からの付与番号Ｎ０００１４−９２−Ｊ−１４１２（Ｒ＆Ｔコード４１３ｔ０１１）の下に、米国政府の補助によってなされたものである。米国政府は、本発明に特定の権利を有している。発明の分野本発明は、ポリマーの化学的官能化に関するものである。発明の背景官能化ポリマーは、生物学、化学、医学およびイオン交換樹脂、固定生体巨大分子および導電性ポリマーにおいて広範囲の可能な用途のため、集中的な研究の主題となってきた。Akelah等「Functionalized Polymers and Their Applicatio ns」Chapman and Hall，London（1990）。ポリマーフィルムまたはフィルム表面を、官能基を同時に導入することにより化学的に修飾することは、新規な化合物、例えば新規な複合体、Baum等，「Chem．Mater.」3:714-720(1991)；耐久性材料，MacDonald等，「Chem．Mater.」3:435-442(1991)；バイオセンサー，Pantan o等，「J．Am．Chem．Soc．」113，1832-1833（1991）およびバイオ材料，Allco ck等，「Chem．Mater.」3：450-454(1991)の開発に重要である。重合体フィルムを修飾するための既存の方法の例としては、ポリスチレンのスルホン化，Gibson等「Macromolecules」13，34,(1980)；ポリ（アリロキシ）ホスファゼンのスルホン化，Allcock等「Chem．Mater.」3，1120(1991)；ポリエステルのプラズマ処理，Porta等，「Chem．Mater.」3，293，(1991)；ポリイミドの塩基加水分解，Lee等，「Macromolecules」23，2097,(1990)；ポリホスファゼンの塩基加水分解，Allcock等「Chem．Mater.」3，1441(1991)；およびポリ（フッ化ビニリデン）の塩基処理，Dias等，「Macromolecules」17，2529,(1984)が挙げられる。重合体を修飾する他の通常法は、ポリエチレンのような炭化水素重合体の表面を、気相中で発生したニトレンまたはカルベン中間体に対して接触させることからなる。Scriven（編集）におけるBreslow，「Azides and Nitrenes」第10章、A cademic press，ニューヨーク州（1984）。また、溶液中で発生したジフルオロカルベンは、1,4-ポリブタジエンを修飾することが報告された。Siddiqui等，「 Macromolecules」19，595(1986)。ペルフルオロフェニルアジド（PFPAs）は、PFPAsをシクロヘキサンまたはトルエンのような炭化水素溶媒中で光分解したときには、これらの非フッ素化相同体に対するCH挿入の効率の向上を示すことが発見された。Keana等，「Fluorine Chem.」43，151，(1989)；Keana等，「J．Org．Chem．」55，3640，(1990)；Ley va等，「J．Org．Chem．」54，5938，(1989)；およびSoundararajan等，「J.Org ．Chem．」55，2034，(1990)。PFPAsは、当初は、効率的な光標識試薬として開発された。Cai等，「Bioconjugate Chem.」2，38(1991)；Pinney等，「J.Org．C hem．」56，3125,(1991)；およびCrocker等，「Bioconjugate Chem.」1，419，( 1990)。最近、ビス-（PFPAs）が、ポリスチレン、Cai等，「Chem.Mater.」2，63 1,(1990)；およびポリ（3-オクチルチオフェン）、Cai等，「J．Molec．Electro n．」7，63,(1991)に対する効率的な架橋剤であることが示された。ポリマーを化学的に修飾する本分野の現状の観点から、特に、ポリマーを、広範囲の官能基で官能化するのに一層容易に適合する、他の方法に対する要望が残されている。また、現在まで化学的に修飾されにくかったポリマーを官能化する方法に対して、継続的な要望がある。また、任意の広範囲の特定の用途、例えばこれらには限定されないが、生物学的適合性ポリマーフィルムおよび他の構造体、接着剤および接着剤と相溶性である物質、複合マトリックス、膜、半導体材料用の絶縁体、繊維、フォームおよびフィルムに用いるために、化学的に変性させたポリマーに対して、継続的な要望がある。発明の要約こうしたこれまでの要望は、本発明によって満足され、本発明は種々のポリマー物質を共有結合的に修飾する（例えば、官能化する）ための方法を提供し、および化学的に修飾された表面を備えた種々の官能化ポリマーを提供する。本発明に従って官能化することができるポリマー物質に含まれるものは、それぞれがニトレンと付加反応をすることができる化学的部分を有する合成および／または天然ポリマー分子を含む任意の種々の物質である。本発明に従って、ポリマー物質を官能化するには、ポリマー物質に官能化剤を加える。官能化剤は，それぞれがニトレン生成基および官能化基を有する分子を含む。官能化剤の分子を、ポリマー分子と反応するように近づけるには、例えば、これには限定されないが、官能化剤とポリマー分子との溶液を形成する。溶液を、フィルムまたは他の適切な形状に形成し、次に乾燥することができる。官能化剤の分子とポリマー分子とが、反応する程度に近接している一方、分子を、反応エネルギー源、例えばフォトン、電子または熱の存在下に接触させる。反応エネルギー源の存在下で、官能化剤の分子上のニトレン生成基は、ポリマー分子上の−ＣＨ、−ＮＨ、−ＯＨ、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ−Ｃ−、および他の基と共有結合的に反応するニトレン中間体を形成して、このポリマー分子の表面にこの官能化剤の「ニトレン付加」または「ニトレン挿入」を生じさせる。ニトレン付加またはニトレン挿入の結果、官能基が、ポリマー分子に共有結合する。官能化剤の分子上のニトレン生成基は、アジド基、または反応エネルギー源に対して暴露したときに反応性のニトレンを生成させることができる相同性の化学基である。本発明に従って、このポリマーを、一工程または複数工程の方法のいずれかによって、官能化する。複数工程の方法においては、各工程は、典型的には、異なる官能化剤を含んでいる。一工程の方法および複数工程の方法のいずれにおいても、少なくとも１つの工程には、ニトレンを生成する官能化剤が含まれている。一工程の方法においては、この官能化剤の各分子が、ニトレンを生成する基に加えて、このニトレン生成基に対して共有的に結合する官能化作用を有する基を備えている。この官能化作用を有する基は、ニトレン中間体と架橋反応をせず、さもなくば基質の表面への官能化剤のニトレン付加反応を顕著に妨害しないような、実質的にあらゆる所望の化学基であってよい。例えば、この官能化基は、放射線活性標識、蛍光標識、酵素、薬理学的活性基、診断上の活性基、抗体、核酸、表面活性剤、およびあらゆる種々の広範な他の基から選択することができるが、しかしこれらに限定する必要はない。複数工程反応において基質を官能化するのに適した官能化剤は、幾つかの方法で配列することができる。１つの方法に従うと、第一の官能化剤をポリマー分子と反応させることによって、第一の官能化剤の分子のポリマー分子への共有的付加を達成し；この後に、第二の官能化剤を加えることによって、付加された第一の官能化剤の分子と反応させ、従って共有的に結合させる。こうした方法においては、この第一の官能化剤は、それぞれが前記のニトレン生成基に加えて第一の官能化基を有している分子からなり、第一の官能化基は、第一の官能化剤がポリマー分子へとニトレンの付加によって共有結合した後に、下流の化学反応に参加するのに適合している。例えば、第一の官能化基は、第二の官能化剤の分子上の −ＮＨ基、−ＯＨ基、または他の求核性基と反応性である活性エステルであってよい。次いで、この第二の官能化剤は、酵素、抗体、診断薬または治療薬のような、基質の表面に対して付加することが最終的に望まれる第二の官能化基をもたらすことができる。他の複数工程の方法は、最初に第二の官能化剤（第二の、または最終的には所望の官能化基を有している）を第一の官能化剤（ニトレン生成基を有している）と反応させ；次いで、第二の反応において、第一の反応の生成物を、反応エネルギー源の存在下に基質と反応させることによって、第一の反応の生成物を基質の表面へとニトレンの付加によって共有的に付加させることを含む。本発明に従う、一工程または複数工程の方法用に好適な官能化剤の分類は、Ｎ −ヒドロキシスクシンイミド活性エステル−官能化されたペルフルオロフェニルアジド（ＮＨＳ−PFPAs）からなる。このＮＨＳ活性エステル基は、官能化剤分子のPFPAs部分に由来する高度に反応性のニトレン中間体の反応の間の生成によって、ポリマー分子へと共有的に結合しはじめる。（この中間体の反応性のニトレン部分は、好ましくは、このニトレン部分がＮＨＳ活性のエステル部分と分子内で反応できないように、構造的に拘束されている。）従って、このポリマー分子は、「修飾」（例えば、官能化）され始める。この後に、この活性のエステルは、それぞれアミドまたはエステル生成によって、（生体分子のような）１級アミンまたはヒドロキシル基を含有する種々の試薬との反応に更に参加することができる。本発明の他の態様に従って、ニトレンを生成する官能化剤およびポリマーの分子を含む混合物を、膜の形態のようにして、基質の表面へと塗布することができる。次いで、この被膜またはフィルムを反応エネルギー源（フォトン、または電子ビームのような粒子ビーム）に空間的に選択的な方法で暴露させて、表面の特定領域を官能化させて他の領域は官能化せず、これによってこの表面上に官能化されたパターンを生成させる。こうしたパターンは、この被覆された表面を反応エネルギー源へと暴露しうる高い解像度の方法によって、マイクロメーター単位で測定される寸法およびそれ以下の寸法を有することができる。従って、本発明は、マイクロエレクトロニクスにおいて、および新規なミクロンスケールのバイオセンサーの構成において、広範な応用を有している。図面の簡単な説明図１は、８重量％のＮＨＳ−ＰＦＰＡ（反応式１０中の化合物１）を含むポリスチレンのＩＲスペクトルを示す図であり、ここでプロットａは、光分解の前に得られたものであり；プロットｂは光分解の後に得られたものであり；プロットｃは、アミン３（反応式１０）での処理の後に得られたものであり；２３００ｃｍ^-1におけるピークはＣＯ₂からのものである。図２は、１０重量％のＮＨＳ−ＰＦＰＡ（反応式１０中の化合物１）を含むポリ（３−オクチルチオフェン）のＩＲスペクトルを示す図であり、ここでプロットａは、光分解の前に得られたものであり；プロットｂは光分解の後に得られたものであり；プロットｃ（プロットｂからのオフセットに示す）は、アミン３（反応式１０）での処理の後に得られたものである。図３Ａは、光学的顕微鏡によって得られた顕微鏡写真であり、電子線リソグラフィーによりポリスチレンおよび８重量％のＮＨＳ−ＰＦＰＡのフィルム上に形成した直線状および円形の官能化パターンを示す。図３Ｂは、蛍光フィルターセットを備えた蛍光顕微鏡により得られた顕微鏡写真であり、アミノフルオレセインによる処理の後の図３Ａの官能化パターンを示す。図４Ａは、フィルムを電子線リソグラフィー条件で暴露し、次にフィルムをアミノフルオレセインで処理することにより、ポリ（３−オクチルチオフェン）および７重量％のＮＨＳ−ＰＦＰＡのフィルム上に形成した円形パターンの、蛍光顕微鏡を使用して得られた顕微鏡写真であり、ここで顕微鏡はローダミンフィルターセットを備えている。図４Ｂは、フィルムを電子線リソグラフィー条件で暴露し、次にフィルムをアミノフルオレセインで処理することにより、ポリ（３−オクチルチオフェン）および７重量％のＮＨＳ−ＰＦＰＡのフィルム上に形成した円形パターンの、蛍光顕微鏡を使用して得られた顕微鏡写真であり、ここで顕微鏡は蛍光フィルターセットを備えている。図４Ｃは、フィルムを電子線リソグラフィー条件で暴露し、次にフィルムをアミノフルオレセインで処理することにより、ポリ（３−オクチルチオフェン）のフィルム上に形成した円形パターンの、蛍光顕微鏡を使用して得られた顕微鏡写真であり、ここで顕微鏡はローダミンフィルターセットを備えている。図４Ｄは、フィルムを電子線リソグラフィー条件で暴露し、次にフィルムをアミノフルオレセインで処理することにより、ポリ（３−オクチルチオフェン）のフィルム上に形成した円形パターンの、蛍光顕微鏡を使用して得られた顕微鏡写真であり、ここで顕微鏡は蛍光フィルターセットを備えている。詳細な説明次の用語を明細書中で使用する。「ポリマー物質」は、ポリマー分子またはポリマー分子の網目構造を含む物質である。「ポリマー分子」は、「モノマー」と呼ばれる小分子を互いに共有的に結合することによって生成した比較的大きい分子である。ポリマー分子中に存在するこれらのモノマーは、同じであってよく、異なっていてよい。ポリマー分子は、任意の種々の多糖類およびポリペプチドのような（ただし、これらに限定されない）天然のものであってよく；またはナイロンおよびポリエチレンのような（ただし、これらに限定されない）合成のものであってよい。ポリマー物質においては、ポリマー分子は、非共有的（熱可塑性のような）または共有的架橋結合網目構造（熱硬化性のような）を含む、幾つかの方法のいずれによって会合していてもよい。「官能化されたポリマー」は、官能化されたポリマー物質、または官能化されたポリマー物質の分子のいずれかを示しうる。官能化されたポリマー分子は、本発明に従ってこれに共有結合した１種以上の官能基を含む。「官能基」は、有機化学的な方法で１種以上の原子が互いに結合されることによって、所望の化学的特性を有する基である。若干の官能基は、本発明に従ってポリマー分子の表面へと共有的に結合されたときには、類似の官能基または異なる種類の官能基のいずれかと、１種以上の更なる結合反応に加わることができる。こうした結合反応は、（ａ）これらの官能基の、種々の付加的な官能基のいずれかへの付加：または（ｂ）官能化された基質分子の相互結合（架橋）をもたらしうる。本発明においてポリマー分子に結合可能な他の多くの官能基は、ポリマー分子に、変化した化学的特性を与えることができる。例えばこれらには限定されないが、蛍光、放射線活性、免疫学的、診断学的または治療学的マーカーでこれらが標識またはタグ化されうる。本発明による「官能化剤」は、本発明に従ってポリマーを官能化するのに適合した試薬である。官能化剤の分子は、第二の官能基に結合された少なくとも一種のニトレン生成基を（第一の官能基として）有しており、ここでこのニトレン生成基は、好ましくは、官能化剤の分子構造によってこのニトレン生成基と官能基との間で拘束されている。このニトレン生成基は、反応条件下でポリマー分子を官能化する能力を有する。官能化剤上の「ニトレン生成基」は、反応エネルギー源に対して暴露したときにニトレン基となる化学的部分である。「ニトレン基」（一般的には、「ニトレン（Nitrene）」または「ニトレン中間体」とも呼ばれている）は、窒素基の特定の形態であり、構造Ｒ−Ｎの一重項、および構造Ｒ−Ｎの三重項として示すことができる。ニトレンは、本分野に習熟した者によって、カルベンの窒素相同体であるとみなされている。カルベンのように、ニトレンは一般的には中間体であるとみなされている。ニトレンは高度に反応性であり、一般的には通常の条件下では単離することはできない。しかし、本発明による反応のような、特定の化学的反応は、ニトレンの存在を仮定することなしでは、既知の反応機構によっては、説明することはできない。重要なニトレン反応は、次式によって要約することができる。（ａ）アリールニトレンを含むニトレンは、−ＣＨ部位で、および−ＮＨ部位で付加反応を受けうる：例えば、（ｂ）またニトレンは、−Ｃ−Ｃ−および−Ｃ＝Ｃ−結合で付加を受けうる。例えば、ここで使用したように、用語「付加反応」は、官能化剤のニトレン基のポリマー分子との反応という文脈で使用したときには、本発明に従ってポリマー分子との間でニトレンが受けうる、種々の付加および挿入反応のいずれをも一般的に示している。本発明に従って、ニトレン生成基を有する官能化剤を反応エネルギー源に対して暴露したときに、官能化反応が生じ、これがニトレン生成基をニトレン中間体へと変換させる。この官能化反応は、ポリマー分子とニトレン中間体との反応によって進行する。「反応エネルギー源」は、特に官能化剤の分子上のニトレン生成基をニトレンへと変換させることによって、本発明による官能化反応を駆動するエネルギー源であり、ニトレンがポリマー分子と反応する。好適な反応エネルギー源には、（紫外（ＵＶ）光、深ＵＶ光、レーザー光、Ｘ線、および赤外線放射または導電性加熱の形態の熱のような）フォトン、（電子ビームのような）エネルギー化された電子、および（イオンビームのような）エネルギー化されたイオンが含まれる（しかし限定はされない）。これらの反応エネルギー源は、通常は、リソグラフィー、走査型顕微鏡、および、ＵＶおよび可視光のフォトンの場合には、光化学的反応を実施するためおよび蛍光分子を励起するためといったような用途に使用されている。「官能化反応」は、ポリマー分子を本発明によって官能化する反応である。官能化反応は、一工程以上から構成することができる。少なくとも一つの工程に、反応エネルギー源の存在下での、ポリマー分子と、ニトレン生成基を有する官能化剤の分子との反応が含まれている。本発明に従って、ポリマー分子を、化学品によって官能化し、これによって官能化剤の分子上の官能基が、ポリマー分子へと共有結合しはじめる。こうした共有結合を達成するには、反応エネルギー源へと官能化剤の分子を暴露することによって、官能化剤の分子（この官能化剤の分子も、それぞれ下記のような所望の官能基を備えている）上のニトレン生成基を、ポリマー分子に対して高度に反応性であるニトレン中間体へと変換する。この官能化剤は、好ましくは、一般的にアリールアジド、アルキルアジド、アルケニルアジド、アルキニルアジド、アシルアジド、およびアジドアセチル誘導体からなる群より選択され、すべてが種々の置換基を有することができる。最も好ましくは、フッ素（および／または塩素）原子が、可能な最大の広さでは、このアジド基に隣接する官能化剤分子上の位置に存在している。また、上記のアジドの各々は、同じ分子中に、ニトレン部分が発生した後にこのニトレン部分との反応から構造的に抑制されている、次の官能基のいずれかを有している。（ａ）カルボキシル基、およびＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル；Ｎ −ヒドロキシベンズトリアゾールエステル；このカルボキシル基に対応する酸ハライド；アシルイミダゾール；チオエステル；ｐ−ニトロフェニルエステル；コレステロールおよびグルコースのような、生物学的に活性の（および光学的に活性の）アルコールのエステルを含む、アルキル、アルケニル、アルキニルおよび芳香族エステル；アンモニア、一級、および二級アミン、およびエピネフリン、ドーパ、酵素、抗体、および蛍光分子のような生物学的に活性の（および光学的に活性の）アミンを含むアミンに由来するアミドのような種々のアミド誘導体；のような（しかし、これらには限定されない）カルボキシル基の種々の誘導体。（ｂ）遊離のアルコール基、または例えば、脂肪酸、ステロイド酸、またはナプロシンまたはアスピリンのような薬剤を含む、適当なカルボン酸に対してエステル化されたアルコール基；（ｃ）ハロアルキル基であって、このハライドが、カルボキシレート陰イオン、チオール陰イオン、カルボアニオン、またはアルコキシドイオンのような求核性基によって後に置換することができ、これによってこのハロゲン原子の部位で新しい基の共有的付加をもたしらうる。（ｄ）マレイミド基または他のジエノフィル基であって、この基が、例えばエルゴステロールのような１、３−ジエン含有分子とのディールスアルダー環化付加反応においてジエノフィルとして作用しうる。（ｅ）アルデヒドまたはケトン基であって、ヒドラゾン、セミカルバゾンまたはオキシムのような周知のカルボニル誘導体の生成によって、またはグリニヤール付加やアルキルリチウムの付加のような機構によって、引き続いて誘導体化が可能であるアルデヒドまたはケトン基；および（ｆ）引き続いてアミンと反応することで、例えばスルホンアミドを生成するようなスルホニルハライド。前記の官能基は特に、下流の化学反応（即ち、前記の官能基がポリマー分子に結合した後に実施される化学反応）に参加し、これにより尚他の官能基がポリマー分子に、すでに結合した官能基との反応により共有結合しうるのに適する。代表的な官能化剤がニトレン中間体へと変換される一般的な反応は：（式中のＸは官能基であり、Ｎ₃はニトレン生成基（この例ではアジド）であり、Ｒは芳香族環、ヘテロ芳香環、または他の炭素含有フラグメントである。）ＵＶ光からなる反応エネルギー源は、例えば、次の代表的方法の１つによって前記反応へと与えることができる：（ａ）官能化剤分子およびポリマー分子から成る試料を、３５０ｎｍ、３００ｎｍ、または２５４ｎｍのランプのうちいずれかを備えたライオネット光化学反応装置（Rayonet Photochemical Reactor）のウエル内に配置し、常温で数分間大気下で照射する。この照射時間を調整することによって、露光線量を変更することができる。（ｂ）試料に対して、例えば投射ＵＶリソグラフィーによって（これには限定されない）高解像度フォトマスクを使用して照射する。（ｃ）ＫＳＭカールサス深ＵＶ接触配列装置（Karl Sus s deep-UV contact alighner）中で接触高解像度フォトマスクを使用して、光分解を実施する。本分野に習熟した者には容易に理解できることであるが、これらの方法も、ＵＶ以外の波長のフォトンによる官能化反応をもたらすために、一般的に使用することができる。電子からなる反応エネルギー源は、次の代表的方法によって本反応へと与えることができる：官能化剤分子およびポリマー分子から成るフィルム試料に対して真空下で電子または粒子ビームを、１〜４０ｋＶの範囲内から選択されたエネルギーで照射する。（代表的な電子ビーム源は、電子ビームリソグラフィーのために改善された「ＪＥＯＬ８４０Ａ」電子顕微鏡である。）このビームを、フィルムの表面を横切るようにステップさせて、特定領域を露光し、他の領域は露光しない。各ステップにおける停止時間を調整することによって、露光線量を変更することができる。特に有用な官能化剤は、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロ安息香酸であって、このカルボニル基が反応性エステル、アミド、酸ハライド、または混合された無水物の組成物によって更に活性化されたものに由来するペルフルオロフェニルアジド（ＰＦＰＡｓ）からなる群より選択される。例えば、限定を意図したものではないが、代表的な官能化ペルフルオロフェニルアジドは、一般式：を有しており、ここで、Ｘは次のいずれであってもよい：ＣＮ、ＣＯＮＨ₂、ＣＨＯ、ＣＯ₂Ｍｅ、ＣＯＭｅ、ＮＯ₂、ＣＯ₂Ｈ、ＣＯＣｌ、ＣＯ−イミダゾール、ＣＯＮＨＳ、ＣＨ₂ＯＨ、ＣＨ₂ＮＨ₂、ＣＯＣＨ₂Ｂｒ、Ｎ−マレイミド、ＮＨ −ビオチニル、ＣＯＮＨ−Ｒ（ここでＲはポリペプチド部分である）、ＣＯＮＨ −Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ−ＮＨ−ビオチニル（ここでＸおよびＹはスペーサー原子であり、Ｓ−Ｓ結合は後の工程で還元的に開裂可能である）、およびＣＯＮＨＳ−ＳＯ₃Ｎａ。代表的な活性化されたＰＦＰＡｓには、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）エステルＡ（「ＮＨＳ−ＰＦＰＡ」とも記載する）、ｐ−ニトロフェニルエステルＢ）１−ヒドロキシベンゾトリアゾールエステルＣ、アシルイミダゾールＤ、酸塩化物Ｅ、混合された無水物Ｆおよび２，２，２−トリクロロエチルエステルＧが含まれる（しかし、これらに限定はされない）。前述の官能化剤の候補に加えて、のような、反応性の官能基とＰＦＰＡ部分との間に配置された「スペーサー」を有する他のＰＦＰＡｓを使用することができる。官能化剤として有用な他のアリールアジドの候補は、のように、上記した例に類似しているが、ただし他のアリール部分によってＰＦＰＡが置換されている。本発明に従って官能化することができるポリマーの候補には、−ＣＨ基、および／または−ＮＨ基、および／または−ＯＨ基および／または−Ｃ＝Ｃ−部位を有する重合体分子を有する、実質的にあらゆる重合体材料が含まれる。これらのポリマーには、（ａ）ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、およびこれらの共重合体で例示されるような飽和ポリオレフィン；（ｂ）アクリル酸、メタクリル酸、〔ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ヘキシルメタクリレート）〕、およびアクリロニトリルのポリマーおよびコポリマーのようなアクリル樹脂；（ｃ）ポリスチレン、およびポリ（ｐ−クロロスチレン）およびポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）のようなポリスチレンの相同体；（ｄ）ポリ（イソプレン）およびポリ（ブタジエン）のような不飽和ポリオレフィン；（ｅ）ポリイミド（ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド／テトラエチルメチレンジアニリン）のようなポリイミド；（ｆ）ポリ（トリメチレンアジペート）およびポリ（ヘキシメチレンセバケート）のようなポリエステル；（ｇ）ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−アルキルピロール）、およびポリアニリンのような共役および導電性ポリマー；（ｈ）ポリ（アリロキシホスファゼン）、ポリ〔ビス（トリフルオロエトキシ）ホスファゼン〕、ポリシラン、およびポリカルボシラン、シロキサンポリマー、および他のシリコン含有ポリマーのような無機ポリマー；（ｉ）「ケミカルアンドエンジニアリングニュース（Chemical and Eng ineering News）」１９９２年８月３１日、第８頁に記載されているような、ポリクロコナイン（polycroconaine）およびポリスクアレイン（polysquaraine）のような有機金属（例えば金属の性質を有する有機ポリマー）；（ｊ）パラジウムポリ−インおよびフェロセン含有ポリアミドのような有機金属ポリマー；および（ｋ）セルロース繊維、キチンおよびデンプンのような多糖類が含まれるが、これらに限定はされない。本発明のポリマー分子の官能化に必要とされることは、官能化剤の分子およびポリマー分子が「反応するように近づく」こと；即ち、反応エネルギー源に暴露された際に官能化反応を受けることができるように、互いに十分に近づくことである。これを実施することができる１つの方法は、ポリマー分子および官能化剤を含む溶液を調製することである。他の方法は、官能化剤およびポリマー粒子またはポリマーの凝集体を含む懸濁液または混合物を調製することである。尚他の方法は、官能化剤（例えば官能化剤を、ポリマー物質に吸収することができる溶媒に溶解した溶液）を、ポリマーの表面に塗布し、次に官能化剤を放置してポリマー物質に吸収させることである。ポリマーの官能化は、１つ以上の段階において発生しうるが、これは、種々の要因、例えば官能化される粒状ポリマー；ポリマーの形態（即ち、溶液、粒状懸濁液、非流体物体）；ポリマー分子に結合する官能基；官能基を、官能化剤とポリマー分子との反応中に、不所望な反応から保護する必要性；および他の事項に依存する。例えば、１段階官能化において、それぞれがニトレン生成基および所望の反応性基を有するポリマー分子および官能化剤の分子を、反応するように近づける。反応エネルギー源に暴露することにより、官能化剤の分子上のニトレン生成基は、ポリマー分子上の−ＣＨ、−ＮＨ、−ＯＨ、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ−Ｃ−、および他の基と共有結合的に反応するニトレンに転化され、これにより官能基がポリマー分子に共有結合する。官能基は、代表的には、所望の有用な特性を、形成した官能化したポリマーに与えるためにこれらに作用する、付加的な化学品を必要としない。２段階官能化プロトコルにおいて、各段階には異なる官能化剤が関連する。多くの例において、第１段階を実施するには、第１の官能化剤の分子を、ポリマー物体中に深さ方向に挿入し、例えば第１に、ポリマーおよび第１官能化剤から成る流体溶液または懸濁液を形成し；流体を所望の形状に成形し；次に、流体を、硬質の形態を有する生成物に転化する。次に、反応エネルギー源を、硬質生成物に照射して、第１官能化剤を、ポリマー分子に共有結合させる。その後、第２段階中に、第２官能化剤を、硬質生成物の表面に塗布する。２段階官能化反応の例として、第１段階には、第１官能化剤、例えばＮＨＳ− ＰＦＰＡ化合物が関連する。反応エネルギー源に暴露することにより、ＰＦＰＡ部のアジド基は、ニトレン中間体に転化され、これはポリマー分子と反応する。このようにして、ＮＨＳ−ＰＦＰＡ分子上のＮＨＳ活性エステル基は、以下の反応式１（ここでポリマー分子を、まるで囲んだＰで示す）に一般的に示される反応によりポリマー分子に共有結合する：明らかなように、ＰＦＰＡのＮＨＳ−エステル部分はこの第１段階の化学反応には関係しない。むしろ、ＮＨＳ−エステルが、ポリマー分子に移動した後に、以下に記載する第２段階の化学反応に用いられる。第２段階において、ＮＨＳエステルは第２官能化剤の分子と容易に反応する。第２官能化剤は、第１または第２アミンおよび／またはヒドロキシルを有する分子から選択する。ＮＨＳ−エステルと第１アミンとの反応は、反応式２に示すようにアミド形成により進行する：（式中の化合物２は反応式１に示したものである。）ＮＨＳ−エステルとヒドロキシルとの反応は、反応式３に示すようにエステル形成により進行する：（式中の化合物２は反応式１に示したものである。）多くのタイプの生体分子がアミンおよび／またはヒドロキシル基を有するため、これらの分子は、第１段階官能化反応で表面分子に共有結合したＮＨＳ−エステルとの第２段階官能化反応における反応に適合する官能化剤として作用することができる。従って、巨大分子、例えばタンパク質、核酸、炭水化物および他の種々の分子を含む広範囲にわたる任意の分子を、本発明の方法を用いてポリマーに結合させることができる。また、本発明において、第１に、ポリマーに結合する分子のニトレン生成誘導体（例えば生体分子、薬物、検体、触媒［遷移金属を含む］および診断用の薬剤）を調製し、この誘導体を基質の表面に塗布し、この誘導体を、ポリマー分子と反応するように近づけ、次に反応エネルギー源に暴露してニトレン生成誘導体をポリマー分子にニトレン中間体を介して共有結合させることができる。ニトレン生成部分が、ニトレンが同一分子の他の部分と容易に反応することができないように構造的に束縛されていることが必要である。従って、ＮＨＳ−ＰＦＰＡ官能化剤に関しては、フェニル環の４位がアジド基に好ましい位置である。いかなる方法においても限定することを意図せずに本発明の範囲を明示するために、以下に本発明の代表的な官能化を記載する： (a)発癌性または突然変異誘発性多環式芳香族炭化水素をポリマー分子に結合させて、ポリマーを「発癌性」とすることができる。多環式炭化水素の候補には、エチジウム化合物および種々のピレン化合物（例えば１−ピレンメチルアミンおよび６−アミノクリセン）が含まれる。また、このような化合物をポリマー分子に結合させる際には、炭化水素をポリマー分子から「持ち上げる」作用を有する「スペーサー基」を用いることができる。代表的なスペーサー含有炭化水素は、１−ピレンブチル酸から誘導された第１アミンである。このような反応は、一般的に反応式４で示される：（式中の２は反応式１に示したものであり、Ｚはスペーサー基を示す。） (b)ポリマー物質の疎水性は、ＮＨＳ−エステル基がポリマー分子に第１段階反応で（ニトレン中間体を介して）結合した後に、ＮＨＳ−エステル基と長鎖脂肪族アミン、例えば１−アミノヘキサデカンとが第２段階反応で反応することにより変化させることができる。このような反応を一般的に反応式５に示す：（式中のＲは疎水性原子の鎖、例えばＣ₁₂Ｈ₂₅−、オレイル、オクタデシル，３ −β−アミノコレスタン（aminocholestane）またはヘキシルメチルシリルであり；２ａおよび２ｂは反応式１に示したものである。） (c)ポリマーの親水性は、ＮＨＳ−エステル基がポリマー分子に第１段階反応で（ニトレン中間体を介して）結合した後に、ＮＨＳ−エステル基とアミンを含む高度な極性を有する分子とが第２段階反応で反応することにより変化させることができる。このようなアミン含有極性分子には：グルコサミン、エタノールアミン、ポリエチレンイミン（ｐＨ７においてプロトン付加した）、ポリリシン（ｐＨ７においてプロトン付加した）、グリセロールおよび他のポリヒドロキシ化合物が含まれる（しかし必ずしもこれらには限定されない）。このような反応は一般的には反応式５で示されるが、ここではＲはＨＯＣＨ₂ＣＨ₂−またはＮＨ₂ （ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）_n−ＣＨ₂ＣＨ₂−であり；２ａおよび２ｂは反応式１に示したものである。ポリアルコールに関しては、このような反応は反応式６で一般的に示される：（式中のＲは例えばＣＨ−ＣＨＯＨ−ＣＨ₂ＯＨであり；２は反応式１に示したものである。） (d)ポリマーは、ＮＨＳ−エステル基がポリマー分子に第１段階反応ですでに結合している領域で界面活性とすることができる。界面活性とする反応は、任意のアミノ化またはヒドロキシル化「界面活性剤」分子、例えば１−アミノドデカン酸を用いる２段階反応により進行する。ｐＨ７において、この化合物がポリマー分子に結合した後、カルボキシル基はイオン化され、化合物は、極性カルボン酸アニオンで終了する長い疎水性尾部としてポリマー分子から離れるように延びる。このような反応は反応式７で一般的に示される：（式中のＲは−（ＣＨ₂）_n−ＣＯ₂Ｈであり；２は反応式１に示したものである。） (e)酵素および他のポリペプチドを、第１段階反応で予め官能化されたポリマー分子に結合させることができる。その後の２段階反応は、例えば、ポリペプチド分子上に存在するリシンアミノ基と、ＮＨＳ活性エステルとの反応により進行する。代表的な反応を反応式８に示す：（式中の、ＮＨ₂基と結合したまるで囲んだＥは、リシン残基を有するポリペプチドを示す。このようなポリペプチドの例には、（これらには限定されないが）酵素（例えばセイヨウワサビペルオキシダーゼ）、レクチンまたは抗体が含まれる。化合物２は反応式１に示したものである。） (f)また、抗体、レクチンおよび他のタンパク質を、酵素を結合させる反応と同様の官能化反応によりポリマー分子に結合させることができる。次に、このような結合分子を、例えば、バイオセンサーにおいて高選択性感知剤として用いることができる。 (g)特定の分子をポリマー分子に結合させて、ポリマーの湿潤性を制御するかまたは生存細胞がポリマーに付着する能力を変化させることができる。 (h)ポリマー分子を１または２段階反応でビオチニル化し、次にビオチニル化した分子を、例えばアビジンまたはストレプタビジンの誘導体で処理することができる。アビジンまたはストレプタビジンは、このように他の生体分子をその後表面に結合させる架橋単位として用いられる。代表的な反応は以下の通りである：２段階反応（反応式９）（式中の２は反応式１に示したものであり、ＲＮＨ₂はＮ−ビオチニルヘキシレンジアミン：のアミノ基を示す。）１段階反応は、ポリマー分子とビオチンのＰＦＰＡ誘導体の分子：とを反応するように近づけ、次に光分解するかまたは電子線を照射することにより実施される。本発明をさらに例示および記載するために、以下に実施例を記載する：実施例１本実施例において、本発明者等は、光化学的に発生したニトレン中間体の−ＣＨ挿入により，炭化水素ポリマーポリスチレン（ＰＳ）を官能化した。反応式１０において、活性エステルアジド１を、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）を４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロ安息香酸でエステル化することにより形成した。活性エステルアジド１を、代表的な官能化剤として、研究のために選択した。その理由は、ＮＨＳエステルが、アミノ含有試薬と容易に反応して、アミド（Ｒ１−ＮＨ−ＣＯＲ）を形成するからである。５０．２ｍｇのＰＳ（平均分子量１２５，０００〜２５０，０００ダルトン）および４．０ｍｇのＮＨＳエステル１を１．０ｍＬのキシレンに溶解した溶液を調製し、１の８％ｗ／ｗ溶液を得た。溶液を、ＮａＣｌディスク上に、１０００ｒｐｍに設定したフォトレジストスピナー（アメリカ合衆国テキサス州ガーランド所在のヘッドウェイリサーチインコーポレーテッド（Headway Research I nc.）を用いて、スピンコートした。ディスクを５０℃で１時間乾燥した後、ディスク上に残留したフィルムは、楕円偏向計（アメリカ合衆国ニュージャージー州フランダース所在のラドルフリサーチインコーポレーテッド（Rudolph Re search Inc.）を用いて測定して、約０．７μｍの厚さを有していた。このフィルムを、ライオネット光反応装置（Rayonett photoreactor）（コネティカット州ブランフォード所在のサザンニューイングランドウルトラバイオレットカンパニー（Southern New England Ultraviolet Co.）を用いて、フォトン源として２５４ｎｍのランプを用いて光分解した。この光分解の結果、アジド基が順調に分解し、同時に、−ＣＨ挿入反応から誘導された官能化されたＰＳ２が形成した。光分解を、２１２４ｃｍ^-1におけるアジド吸収の消失により監視し、これを、曲線ａ（光分解前）とｂ（光分解後）とを比較することにより図１に示した。１７５０ｃｍ^-1周辺の活性エステルカルボニル吸収は、光分解反応により影響されなかった。次に、官能化されたＰＳフィルム２を、室温で２時間にわたり、５．４ｍｇの４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンジルアミン（３）（即ち、３の塩酸塩）および１０ｍｇのＥｔ₃Ｎをニトロメタンに溶解した溶液に浸漬することにより、さらに官能化した。（ニトロメタンは、ＰＳを溶解しない溶媒である。）次に、フィルムを溶液から取り出し、４０ｍＬのニトロメタンに１０分間浸漬し、ニトロメタンを用いて洗浄し、次に空中で乾燥した。３の溶液中で官能化されたＰＳを上記のように浸漬している間に発生した、結合反応を、ニコレット（Nicolet）モデル5DXB FTIR分光光度計（アメリカ合衆国ウィスコンシン州マジソン）を用いてＩＲスペクトルにより監視した。結合反応が進行するに従って、２１２１ｃｍ^-1におけるアジド吸収ピークが再び出現した。その理由は、アミン３が、官能化されたＰＳ２に結合したために、３のアジド基が結合したままであり、未反応であるからである。１７５０ｃｍ^-1 における吸収の対応する減少は、活性エステルのカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）の損失に起因し、これを、曲線ｃとｂとを比較することにより図１に示した。ＩＲスペクトルにより、アミン３が、フィルム２のＮＨＳ活性エステルと反応し、その結果、ＰＳポリマー鎖に沿って、ペルフルオロフェニルアジドの包含により、ＰＳがさらに変性し、官能化ＰＳ４が得られた。アジド吸収のＩＲ強度の比較（図１の曲線ｃと曲線ａとの比較）により示されたことには、初期値の約４０％のアジド基が、２を３で処理した結果、ポリマー４のＰＳ鎖に含まれた。これは、おそらく、ＰＳの存在下でのアジド１の光分解の結果、１００％収率より少ないＣＨが挿入されたためであると考えられる。また、考えられることには、ＮＨＳが、ニトロメタン中でのアミン３の溶液での処理中の二次的加水分解により分解した。実施例２および３これらの実施例は、実施例１の対照実験を含む。化合物は、反応式１０に示した通りである。実施例２において、ＰＳの溶液を、実施例１と同様にして調製したが、ＮＨＳ活性エステル１を用いなかった。ＰＳ溶液を、実施例１と同様にフィルムに形成し、光分解し、次にニトロメタン中でアミン３の溶液で処理した。その後、フィルムのＩＲスペクトルにおいて、アジド吸収は観察されなかった。実施例３において、活性エステル１を含むＰＳのフィルムを、実施例１と同様にして調製した。実施例３のフィルムを光分解せず、むしろニトロメタン中でアミン３の溶液で直接処理した。ＩＲ分光測光により、２１２４および１７５０ｃｍ^-1における吸収が消失したことが明らかになり、これは、ニトロメタンが、ほとんどすべての活性エステル１または対応するアミドを、ポリマーから抽出したことを示す。実施例２および３は、ＮＨＳ活性エステル１と光分解との両方が、ＰＳフィルムをＮＨＳ活性エステル基で変性させるのに必要であることを示す。実施例４本実施例において、さらに反応式１０を参照して，Ｎ−スクシンイミジル４− アミノテトラフルオロベンゾエート（５）を、ポリマー２のモデルとして用いた。５を調製するために、２１４ｍｇ（１．００ミリモル）の４−アミノテトラフルオロ安息香酸、１１９ｍｇ（１．００ミリモル）のＮ−ヒドロキシスクシンイミドおよび２１１ｍｇ（１．００ミリモル）のジシクロヘキシルカルボジイミドの、１０ｍＬのＣＨ₂Ｃｌ₂中の混合物を、２４時間かきまぜた。この混合物を濾過し、固体を乾燥した。次にこの固体を、６ｍＬのアセトンと共にかきまぜ、混合物を濾過した。濾液を蒸発させて、２６２ｍｇ（収率８３％）の５を、白色固体として得、融点は、２００〜２０１℃であった。¹H-NMR：δ2.899(s，4)，4.6 65(s，2)。IR：3522，3418，1779，1749，1683，1530，1507，1317cm^-1。MS：30 6(M⁺，2)，192(100)，164(30)。１１ｍｇ（１．００ミリモル）の活性エステル５および６．９ｍｇ（０．０３１ミリモル）のアミン３の、ＣＤＣｌ₃中の混合物を調製し、放置して反応させた（上記で調製した、ＣＤＣｌ₃に溶解した、５のすべての収率ではない）。反応の進行を、室温で、¹H-NMR分光分析法で監視した。反応が進行するに従って、 δ４．７において新たな信号が観察された。２４時間後、透明溶液が得られた。反応混合物を¹H-NMR分光測定でアッセイした際には、３に関してδ３．９４１において、および５に関してδ２．８９９において、一層大きい信号は見られなかった。この混合物を、分取薄膜クロマトグラフィー（ヘキサン−ＴＨＦ１：１）により分離して、１２ｍｇ（収率９４％）のアミド６を、白色固体として得、融点は、１５５〜１５６℃（実際には分解温度）であった。¹H-NMR：δ4.286(s ，2)，4.701(d，2)，6.402(m，1)。IR：3411，2122，1686，1668，1497，1314， 12 39cm^-1。MS：411(M⁺，1)，383(20)，192(100)，164(18)。アミド６のＩＲスペクトルは、２１２４ｃｍ^-1においてアジド吸収ピークを示し、これは、光分解およびアミン３との反応の後に、実施例１のポリマーフィルムにおいても観察された。実施例５本実施例において、反応式１１に示すように、本発明者等は、導電性ポリマーポリ（３−オクチルチオフェン）（Ｐ３０Ｔと略記する）の官能化について試験した。Ｐ３０Ｔは、ビス−ＰＦＰＡにより光化学的に架橋させることができ、電子ビームリソグラフィー条件下で架橋させることによる導電性構造の直接の生成に用いることができる。Cai等、J．Mol．Electron．7:63(1991)。本実施例に関して、Ｐ３ＯＴは、Cai等、前記に報告されているように、３− オクチルチオフェンから調製した。反応式１１において、２５．８ｍｇのＰ３ＯＴおよび２．６ｍｇ（１０％ｗ／ｗ）のＮＨＳエステル１を、０．８ｍＬのキシレンに溶解した溶液を、実施例１に記載したように、ＮａＣｌディスク上にスピンコートし、乾燥し、光分解し、現像した。光分解反応により、官能化されたポリマーフィルム９が得られた。このフィルム９を、アミノアジド３（構造は反応式１０に示した）で、ニトロメタン中で、実施例１に記載した、ＰＳを処理する条件下で処理した。官能化されたポリマーフィルム１０が形成し、この際に、３とＮＨＳ活性エステルとの間にアミド形成反応および同時に、新たな一連のアジド基の、Ｐ３ＯＴポリマーへの共有結合を伴った。（図２において、曲線ｂと曲線ｃとを比較）フィルム１０のＩＲスペクトルは、アジド基に関して、２１２１ｃｍ^-1において、適度に強い吸収を示した。考えられていることには、官能化されたポリマー９が得られるＣ−Ｈ挿入反応は、チオフェン環が関係することなく、オクチル側のみに沿って発生した。これは、シクロヘキサン／チオフェン中の単なるＰＦＰＡエステルメチル４−アジドテトラフルオロベンゾエートを光分解することにより、単離することができるＣ −Ｈ挿入生成物のみと同様にメチル（Ｎ−シクロヘキシル−４−アミノ）−テトラフルオロベンゾエートが得られたという観察に基づいている。実施例６本実施例は、実施例５の対照実験である。２３．２ｍｇのＰ３ＯＴを０．８ｍＬのキシレンに溶解した溶液（１がない）を、実施例５に記載したように、アミン３で処理した。形成したフィルムのＩＲスペクトルにおいて、アジド吸収は観察されず、これは、アミン３の包含が発生しなかったことを示す。従って、Ｐ３ＯＴの、化合物、例えば１による第１の官能化は、アミン３による第２の官能化を実施するのに必要である。実施例７本実施例において、本発明者等は、電子ビームリソグラフィーを用いて、ポリマー（例えばＰＳ）の架橋およびＮＨＳ活性エステル基の、ポリマー中への１段階での導入の両方を達成することを試験した。一般的な反応を、反応式１０に示す。５０．２ｍｇのＰＳおよび４．０ｍｇのＮＨＳエステル１（８％ｗ／ｗ）を１．０ｍＬのキシレンに溶解した溶液を、シリコンウェハ上に、実施例１に一般的に記載したようにスピンコートした。このフィルムを９０℃で３５分間乾燥し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（アメリカ合衆国メリーランド州ピーボディ所在のＪＯＥＬ−ＳＥＭ製）を用いて、電子ビームに暴露し、電子ビームリソグラフィー用に変性させた。Nabity等、Rev．Sci．Instrum．60:27(1989)。電子ビームを用いて、ミクロンの大きさのパターン（８つの５線パターンおよび異なる直径の５つの円のパターンの形態）をフィルム上に「描いた」。暴露したフィルムを「現像する」にあたり、キシレン中に３５秒間浸漬し、イソプロピルアルコールで１０秒間洗浄し、次に窒素流で乾燥し、これにより「現像した」フィルム２を得た。フィルム２を、光学顕微鏡を用いて写真撮影し、図３Ａに示す結果を得た。図３Ａにおいて、それぞれの５線群の線の幅は、０．１、０．２、０．５、１．０および２．０μｍであった。それぞれの連続する５線群を、前の群に対して増大した電子ビーム強度を用いて得た。最上部の群において、電子ビーム強度は、５０、６０、７０および８０μＣ／ｃｍ²であった。最下部の群において、電子ビーム強度は、９０、１００、１１０および１２０μＣ／ｃｍ²であった。それぞれの円の線の幅は同一であり：０．５μｍであった。円を「描く」のに用いた電子ビーム強度は、６０μＣ／ｃｍ²であった。図３Ａに示す線および円は、官能化されたポリスチレン２（即ち、活性エステルが共有結合したポリスチレン分子）から成る。ここで反応式１０において、フィルム２（図３Ａに示す写真を得た後）を、２．５ｍｇのアミノフルオレセイン（化合物７）および８．３ｍｇのＥｔ₃Ｎを１．５ｍＬのＥｔＯＨに溶解した溶液に４時間浸漬して、容易に観察しうる蛍光マーカーを、フィルム上の活性エステル部分に導入した。その後、フィルムをＥｔＯＨで洗浄し、ＥｔＯＨ中に２時間浸漬し、ＥｔＯＨで洗浄し、次に空気で乾燥して、フィルム８を得た。フィルム８は、エピフルオレセンスオプティックス（epifluorescence optics）を備えた蛍光顕微鏡（ドイツ国カールツァイス（ Carl Zeiss）社製）で観察した。この顕微鏡は、蛍光フィルターセット（励起波長４５０〜４９０ｎｍ、発光波長５１５〜５６５ｎｍ）を備えていた。図３Ｂに示す蛍光パターンが観察された。フィルム８（図３Ｂ）に示す蛍光パターンが、図３Ａに示す官能化ポリスチレン２に関して観察されたパターンと一致するため、本発明者等の結論では、フィルム８における蛍光マーカーの結合は、活性エステルがすでに結合したポリマー上の部分（フィルム２）のみにおいて発生した。図３Ｂにおいて、ＰＳの官能化は、フィルムへの線量を約５０μＣ／ｃｍ²とした際に発生した。また、本発明者等は、ＰＳの架橋のみには、約９０μＣ／ｃｍ²が必要であることを見出した。実施例８本実施例は、実施例７の対照実験である。化合物は、反応式１０に示した通りである。ＮＨＳエステル１を用いずにＰＳを調製したが、他は実施例７と同様に処理した。フィルムを、実施例７に記載したように電子ビームに暴露し、現像し、光学顕微鏡を用いて写真撮影した。次に、ＰＳフィルムを、アミノフルオレセイン７で処理し、蛍光顕微鏡で観察した。蛍光パターンは観察されなかった。従って、ＮＨＳ活性エステル１の、ＰＳ分子への前の結合は、アミノフルオレセイン標識７のポリマーへのその後の結合に必要である。実施例９本実施例は、実施例３と類似するが、本実施例においては、本発明者等は、ＮＨＳ活性エステルを含むＰ３ＯＴフィルム上に、電子ビームを用いて、ミクロンの大きさのパターンを「描いた」。一般的な反応を、反応式１１に示す。２５．７ｍｇのＰ３ＯＴおよび１．８ｍｇのＮＨＳエステル１（７％ｗ／ｗ）を０．６ｍＬのキシレンに溶解した溶液を、シリコンディスク上にスピンコートし、６０℃で３０分間乾燥した。形成したフィルムを、実施例３に記載したように電子ビームに暴露して、フィルム上に、ミクロンの大きさのパターンを「描いた」（線の幅は０．５μｍであり：ビーム強度は２０μＣ／ｃｍ²であった）。次に、フィルムを「現像する」にあたり、キシレン中に１０秒間浸漬し、イソプロピルアルコールで１０秒間洗浄し、次に窒素ガス流で乾燥してフィルム９を得た。次に、フィルムを、１．５ｍｇのアミノフルオレセイン７および６ｍｇのＥｔ₃Ｎを１ｍＬのＥｔＯＨに溶解した溶液に４時間浸漬した。次に、フィルムをＥｔＯＨで洗浄し、ＥｔＯＨ中に１時間浸漬し、再びＥｔＯＨで洗浄し、次に空気で乾燥して、試料フィルム１１を得た。試料フィルム１１を、ローダミンフィルターセット（励起波長５１０〜５６０ｎｍ、発光波長＞５９０ｎｍ）を備えた蛍光顕微鏡を用いて観察し、写真撮影し、図４Ａに示す結果を得た。同一の試料フィルムを、蛍光フィルターセット（励起波長４５０〜４９０ｎｍ、発光波長５１５〜５６５ｎｍ）を備えた蛍光顕微鏡を用いて観察し、写真撮影し、図４Ｂに示す結果を得た。明らかなように、実質的に同一のパターンが観察され、このパターンは、ローダミン励起波長（図４Ａ）および蛍光励起波長（図４Ｂ）において、強い蛍光を有していた。Ｐ３ＯＴは、単独では、ローダミン励起波長では強い蛍光性を有するが、蛍光励起波長では、弱い蛍光性を有するにすぎない。（このために、本実施例のフィルムを、ローダミンフィルターセットおよび蛍光フィルターセットを用いて観察し；蛍光励起波長において観察された強い蛍光が必然的に、Ｐ３ＯＴ以外の分子の存在によるものである。）図４Ａおよび４Ｂにおいて、ローダミンおよび蛍光励起波長の両方において観察された強い蛍光性は、フルオレセインが、電子ビームに暴露された領域に結合したことを示す（図４Ａおよび４Ｂ）。実施例１０本実施例は、実施例９の対照である。Ｐ３ＯＴフィルム（活性エステル１がない）を、実施例９に記載したように、電子ビーム（強度３０μＣ／ｃｍ²、線の幅０．５μｍ）に暴露し、現像し、次にアミノフルオレセイン７で処理した。対照のＰ３ＯＴフィルム上に「描かれた」ミクロンの大きさのパターンは、実施例９のパターンと同一であった。蛍光顕微鏡を用いてこの対照フィルムを試験した際には、ローダミン励起波長（図４Ｃ）において強力な蛍光性が観察されたが、蛍光励起波長（図４Ｄ）においては、弱い蛍光性が観察されたにすぎなかった。結果が示すことには、活性化されたエステル基がない際には、フルオレセイン７は、Ｐ３ＯＴにほとんど結合しなかった。従って、ＮＨＳ活性エステルの存在が、フルオレセイン７のＰ３ＯＴへ任意の実質的な共有結合を得るために、必要である。実施例１１本実施例において、本発明者等は、ポリ（３−オクチルチオフェン）（Ｐ３ＯＴを、反応式１２に示すように官能化した。この反応式において、ＮＨＳ−ＰＦＰＡ（２）およびＰ３ＯＴ（１）の溶液を、シリコン基板上に、一般に上記した方法によりスピンコートし、次に反応エネルギー源、例えば２５４ｎｍのフォトンまたは電子ビームに暴露して、官能化されたＰ３ＯＴ（３）を得た、官能化されたＰ３ＯＴ３と、ＰＦＰＡ４とのその後の反応により、５が生成した。５と、アミノアセトアミドフルオレセインとの反応により、フルオレセインで標識したＰ３ＯＴ（６）が得られた。本発明では好適例と多数の実施例とを関連付けて説明しているが、これらの例に限定されないことを理解する必要がある。一方、本発明は、すべての代用法、変更例、および添付した請求の範囲により規定される、本発明の意図および範囲内に含まれるであろう均等物をカバーすることを意味している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ツァイスイションアメリカ合衆国オレゴン州 97402 ユージンダブリューセブンティーンスアヴェニュー 2155 (72)発明者マノジュカンスカールネパール国カトマンズカナラッチトレ 11／35

Claims

【特許請求の範囲】１．ポリマー分子を含む物質を官能化する方法であって：（ａ）ポリマー分子を含む物質を用意し、このポリマー分子は、それぞれニトレンとの付加反応を受け得る化学的部分を有し；（ｂ）それぞれニトレン生成基と第一官能基とを有している分子からなる第一の官能化剤を用意し；（ｃ）前記第一官能化剤をポリマー物質に加えて、第一官能化剤の分子を、ポリマー分子と反応するように近づけ；（ｄ）ポリマー分子と第一官能化剤の分子とが、反応するように近づいている間に、これらの分子を、反応エネルギー源に暴露して、ニトレン生成基を、ポリマー分子上の化学的部分との付加反応を受け得るニトレンに転化し、これにより第一官能化剤をポリマー分子に共有結合させる、各工程を備えている方法。２．工程（ａ）において、−ＣＨ、−ＮＨ、−ＯＨ、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ−Ｃ−、ＳｉＯ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨおよびＳｉ−ＯＳｉ部分からなる群より選ばれた化学的部分を有するポリマー分子を含む物質を用意する、請求項１記載の方法。３．工程（ａ）において、前記ポリマー分子を、飽和ポリオレフィン、アクリル、ポリスチレン、ポリスチレン相同体、不飽和ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエステル、共役重合体、導電性重合体、無機重合体、有機金属、有機金属重合体、多糖類およびポリペプチドからなる群より選択する、請求項１記載の方法。４．前記反応エネルギー源を、エネルギー化された電子、エネルギー化されたイオン、フォトンおよび熱からなる群より選択する、請求項１記載の方法。５．工程（ｄ）において、前記物質の予め選択された領域を、前記反応エネルギー源に暴露して、前記物質の前記領域のみを官能化する、請求項１記載の方法。６．前記物質の予め選択された領域の前記反応エネルギー源への暴露を、前記物質の予め選択された領域へと、エネルギー化された電子のビームを照射することによって実施する、請求項５記載の方法。７．工程（ｂ）において、前記第一の官能化剤の分子上の前記ニトレン生成基がアジド基である、請求項１記載の方法。８．工程（ｂ）において、アリールアジド、アルキルアジド、アルケニルアジド、アルキニルアジド、アシルアジドおよびアジドアセチル化合物からなる群より選択された第一の官能化剤を用意する、請求項７記載の方法。９．工程（ｂ）において、〔式中のＸは、ＣＮ；ＣＯＮＨ₂；ＣＨＯ：ＣＯ₂ＣＨ₃；ＣＯＣＨ₃；ＮＯ₂；ＣＯ₂Ｈ；ＣＯＣｌ；ＣＯ−イミダゾール；ＣＯＮＨＳ；ＣＨ₂ＯＨ；ＣＨ₂ＮＨ₂ ；ＣＯＣＨ₂Ｂｒ；Ｎ−マレイミド；ＮＨ−ビオチニル；ＣＯＮＨ−Ｒ（ここでＲはポリペプチドである）：ＣＯＮＨ−Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ−ＮＨ−ビオチニル（ここでＸおよびＹはスペーサー原子である）：およびＣＯＮＨＳ−ＳＯ₃Ｎａからなる群より選択されている。〕の構造を有する官能化されたペルフルオロフェニルアジドからなる群より選択された第一の官能化剤を用意する、請求項８記載の方法。１０．工程（ｂ）において、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロ安息香酸に由来するペルフルオロフェニルアジドからなる群より選択された第一官能化剤を用意する、請求項９記載の方法。１１．工程（ｂ）において、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド−官能化されたペルフルオロフェニルアジドからなる群より選択された第一官能化剤を用意する、請求項１０記載の方法。１２．工程（ｂ）において、前記第一の官能基が、カルボキシル基、酸ハライド、アシルイミダゾール、チオエステル、ｐ−ニトロフェニルエステル、アルキルエステル、アルケニルエステル、アルキニルエステル、芳香族エステル、アミド、遊離のアルコール基、カルボン酸にエステル化されたアルコール基、ハロアルキル基、マレイミドおよび他のジエノフィル基、アルデヒド、ケトン、およびスルホニルハライド基からなる群より選択されている分子を含む、第一官能化剤を用意する、請求項１記載の方法。１３．工程（ｂ）において、前記第一の官能化剤の各分子について、前記第一の官能基が前記ニトレン生成基と反応しないように拘束されている、請求項１２記載の方法。１４．工程（ｄ）の後に、更に、それぞれ前記第一の官能基と反応性の第二の官能基を有する分子を含む第二の官能化剤を用意し；前記ポリマー分子へと結合されている前記第一の官能基を前記第二の官能化剤へと、前記第二の官能基が前記第一の官能基との化学的反応を受けるのを促進する条件下で暴露し、これによって前記第二の官能化剤の分子を前記ポリマー分子へと共有的に結合させる、各工程を有する、請求項１記載の方法。１５．前記第一の官能基がエステルであり、前記第二の官能基を、水酸基、一級アミン、および二級アミンからなる群より選択する、請求項１４記載の方法。１６．前記第二の官能化剤の分子が、それぞれ更に第三の官能基を有している、請求項１４記載の方法。１７．前記第三の官能基がポリペプチドを有している、請求項１６記載の方法。１８．前記第三の官能基が酵素からなる、請求項１７記載の方法。１９．前記第三の官能基が西洋ワサビペルオキシダーゼからなる、請求項１８記載の方法。２０．前記第三の官能基が、親水性、疎水性、表面活性、発癌性、突然変異誘発性、診断性、治療性、蛍光性、および蛍光標識の部分からなる群より選択された部分からなる、請求項１６記載の方法。２１．ポリマー分子を含む物質を官能化する方法であって、（ａ）ポリマー分子を含む物質を用意し、このポリマー分子は、それぞれニトレンとの付加反応を受け得る化学的部分を有し；（ｂ）それぞれニトレン生成基と第一官能基とを有している分子からなる第一の官能化剤を用意し；（ｃ）それぞれ前記第一の官能基と反応性の第二の官能基を有している分子からなる第二の官能化剤を用意し；（ｄ）前記第一の官能化剤を前記第二の官能化剤へと、前記第一の官能化剤の前記第二の官能化剤への付加反応を促進する条件下で加えることによって、前記第二の官能化剤の分子を前記第一の官能化剤の分子へと結合させ、これによって前記第二の官能化剤の分子へと結合された前記第一の官能化剤の分子をそれぞれ有する分子の反応生成物を生成させ：（ｅ）前記反応生成物を前記物質に加えて、反応生成物の分子を、物質のポリマー分子と反応するように近づけ；（ｆ）工程（ｅ）と同時に、または工程（ｅ）に引き続いて、前記物質を反応エネルギー源に暴露することによって、前記ポリマー分子と反応するように近づいている反応生成物の分子上の、前記ニトレン生成基を、前記ポリマー分子上の化学的部分との付加反応を受けるニトレンへと変換し、これによって前記反応生成物の分子を前記ポリマー分子へと共有的に結合させる、各工程を備えている方法。２２．請求項１記載の方法に従って官能化されたポリマー分子を備えている物質。２３．請求項２１記載の方法に従って官能化されたポリマー分子を備えている物質。