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THREE-DIMENSIONAL POLYMER-METAL COMPOSITE MICROSTRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Patent code P120006501
File No. AF02P007
Posted date Jan 16, 2012
Application number P2010-143724
Publication number P2012-006234A
Patent number P5737685
Date of filing Jun 24, 2010
Date of publication of application Jan 12, 2012
Date of registration May 1, 2015
Inventor
  • (In Japanese)生田 幸士
  • (In Japanese)池内 真志
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title THREE-DIMENSIONAL POLYMER-METAL COMPOSITE MICROSTRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a three-dimensional polymer-metal composite microstructure which can manufacture a polymer-metal composite structure having a three-dimensional structure and does not modify a bio-molecule in the process of making a metal composite.
SOLUTION: A polymer structure is formed by an optical forming method using a photo-curable resin having a reactive group X, and immersed into a liquid of a metal-containing nano-particle having a reactive group X' connected with the reactive group X, and a metal-containing layer is formed on the polymer structure by connecting the reactive group X with the reactive group X'.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ポリマーを用いて形成された微細な3次元構造体、即ち3次元ポリマーマイクロ構造体が、例えば細胞膜穿孔用ナノニードルや、その他の細胞や生体分子の操作デバイス、あるいは体内薬物送達デバイスとして利用されている。そして、このような3次元ポリマーマイクロ構造体においては、多様な目的から、構造体の全部又は一部を金属複合化することが試みられている。

従来、ポリマーと金属との複合微細構造デバイスを形成する技術として、例えば下記の非特許文献1に開示されるように、基板上に形成したフォトレジスト等のポリマー層の上に、マスクを通してスパッタリングや蒸着、めっきによって金属層を形成し、その後に、化学的溶解や集束イオンビーム等により構造体を切り出す手法がある。

一方、これとは異なる手法として、例えば下記の特許文献1、2、あるいは非特許文献2に開示されるように、2光子吸収によるマイクロ光造形法と無電解めっきを併用する手法も知られている。2光子吸収によるマイクロ光造形法では、ある波長のフェムト秒パルスレーザーを、その半分程度の波長の光で硬化する特性を有する光硬化性樹脂中に集光し、焦点中心部のみで2光子吸収を誘起し、直径100nm程度の範囲内でポリマーを硬化させる。この集光点を光硬化性樹脂中で3次元的に走査することで、任意の3次元ポリマー構造体を形成できる。

特許文献1、2及び非特許文献2では、更に、このポリマー構造体に予め電子供与体を添加し、あるいはポリマー構造体の形成後に還元剤に浸漬し、その後に無電解めっき浴に浸漬することにより、ポリマー構造体上に金属膜を析出させる手法が示されている。又、電子供与体を添加した光硬化性樹脂と、電子供与体無添加の光硬化性樹脂とを部位毎に使い分けて複合構造を形成し、その後に無電解めっき浴に浸漬することで、ポリマー構造体の特定部位にのみ金属膜を形成する手法も示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体及びその製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、全長が100nm~100μm程度の構造体である細胞や生体分子の操作デバイス、体内薬物送達デバイス等の作製に簡便かつ好適に用いることができる3次元ポリマー-金属複合構造体の製造方法と、この方法によって形成された3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
反応基Xを備えた光硬化性樹脂を用いて、光造形法により任意の立体的構造を持つポリマー構造体を構成し、
次いで前記ポリマー構造体を、前記反応基Xと結合する反応基X’を備えると共に任意の金属を含有する金属含有ナノ粒子の水性媒体溶液又は水性媒体分散液である金属複合化処理液中に浸漬して、ポリマー構造体上の反応基Xと金属含有ナノ粒子上の反応基X’とを結合させることにより、
ポリマー構造体上に金属含有層を形成することを特徴とする3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項2】
 
反応基Yを備えた光硬化性樹脂を用いて、光造形法により任意の立体的構造を持つ第1部材を形成する第1部材形成工程と、前記第1部材を包含する領域に反応基Zを備えた光硬化性樹脂を位置させて、光造形法により、任意の立体的構造を持つと共に第1部材に接続する第2部材を形成する第2部材形成工程とを含むことにより、前記第1部材と第2部材が包含された一体的成形品であるポリマー構造体を構成し、
次いで前記ポリマー構造体を、(1)前記反応基Yとは特異的に結合するが前記反応基Zとは結合しない反応基Y’を備えると共に金属Aを含有する金属含有ナノ粒子の水性媒体溶液又は水性媒体分散液である第1金属複合化処理液と、(2)前記反応基Zとは特異的に結合するが前記反応基Yとは結合しない反応基Z’を備えると共に金属Bを含有する金属含有ナノ粒子の水性媒体溶液又は水性媒体分散液である第2金属複合化処理液に順不同でそれぞれ浸漬して、あるいは前記第1金属複合化処理液と第2金属複合化処理液との混合液に浸漬して、反応基Yと反応基Y’、反応基Zと反応基Z’をそれぞれ特異的に結合させることにより、
ポリマー構造体の第1部材に金属Aを含有する金属含有層を形成し、第2部材に金属Bを含有する金属含有層を形成することを特徴とする3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項3】
 
反応基Yを備えた光硬化性樹脂を用いて、光造形法により任意の立体的構造を持つ第1部材を形成する第1部材形成工程と、前記第1部材を包含する領域に反応基Zを備えた光硬化性樹脂を位置させて、光造形法により、任意の立体的構造を持つと共に第1部材に接続する第2部材を形成する第2部材形成工程とを含むことにより、前記第1部材と第2部材が包含された一体的成形品であるポリマー構造体を構成し、
次いで前記ポリマー構造体を、(3)前記反応基Yとは特異的に結合するが前記反応基Zとは結合しない反応基Y’を備えると共に任意の金属を含有する金属含有ナノ粒子の水性媒体溶液又は水性媒体分散液である第3金属複合化処理液に浸漬して、もしくは、(4)前記反応基Zとは特異的に結合するが前記反応基Yとは結合しない反応基Z’を備えると共に任意の金属を含有する金属含有ナノ粒子の水性媒体溶液又は水性媒体分散液である第4金属複合化処理液に浸漬して、反応基Yと反応基Y’、もしくは、反応基Zと反応基Z’のいずれか一方の組合わせに係る反応基を特異的に結合させることにより、
ポリマー構造体の第1部材もしくは第2部材のいずれか一方のみに金属含有層を形成することを特徴とする3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項4】
 
前記光造形法で用いる照射光が、光硬化性樹脂中の照射領域において多光子吸収を発生させる照射光であることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項5】
 
前記光硬化性樹脂が備える反応基X、Y、Z及び前記金属含有ナノ粒子が備える反応基X‘、Y’、Z’の内の1以上の反応基が、水性媒体溶液又は水性媒体分散液中で加水分解によって脱離する保護基によって保護されていることを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項6】
 
前記金属含有ナノ粒子に含有される金属が、金、銀及び磁性体金属から選ばれる1種又は2種以上の金属であることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項7】
 
前記光造形法によるポリマー構造体の構成過程、及び水性媒体溶液又は水性媒体分散液中での反応基の結合反応が、0℃~40℃の温度範囲内で行われ、及び/又は、pH7~9のpH範囲内で行われることを特徴とする請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体の製造方法。

【請求項8】
 
硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第1部材と、光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第2部材とを包含した一体的成形品であるポリマー構造体であって、
前記第1部材には金属Aを含有する金属含有ナノ粒子が層状に結合してなる金属含有層が形成されており、
前記第2部材には金属Bを含有する金属含有ナノ粒子が層状に結合してなる金属含有層が形成されている
ことを特徴とする、3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体。

【請求項9】
 
応基Yを備えた光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第1部材と、反応基Zを備えた光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第2部材とを包含した一体的成形品であるポリマー構造体であって、
前記第1部材には、前記反応基Yと特異的に結合する反応基Y’を備えると共に金属Aを含有する金属含有ナノ粒子が、反応基Yと反応基Y’との結合に基づいて結合することにより、金属Aを含有する金属含有層が形成されており、及び、
前記第2部材には、前記反応基Zと特異的に結合する反応基Z’を備えると共に金属Bを含有する金属含有ナノ粒子が、反応基Zと反応基Z’との結合に基づいて結合することにより、金属Bを含有する金属含有層が形成されている
ことを特徴とする、3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体。

【請求項10】
 
硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第1部材と、光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第2部材とを包含した一体的成形品であるポリマー構造体であって、
前記第1部材、第2部材のいずれか一方のみに金属含有ナノ粒子が層状に結合してなる金属含有層が形成されている
ことを特徴とする、3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体。

【請求項11】
 
応基Yを備えた光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第1部材と、反応基Zを備えた光硬化性樹脂からなり任意の立体的構造を持つ第2部材とを包含した一体的成形品であるポリマー構造体であって、
前記第1部材には、前記反応基Yと特異的に結合する反応基Y’を備えると共に任意の金属を含有する金属含有ナノ粒子が、反応基Yと反応基Y’との結合に基づいて結合することにより、金属を含有する金属含有層が形成されており、もしくは、
前記第2部材には、前記反応基Zと特異的に結合する反応基Z’を備えると共に任意の金属を含有する金属含有ナノ粒子が、反応基Zと反応基Z’との結合に基づいて結合することにより、金属を含有する金属含有層が形成されている
ことを特徴とする、3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体。

【請求項12】
 
細胞膜穿孔用ナノニードルであって、
請求項8~請求項11のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体で構成されており、かつ
前記細胞膜穿孔用ナノニードルのニードル先端部に、前記金属含有層が形成されている、
細胞膜穿孔用ナノニードル。

【請求項13】
 
請求項12に記載の細胞膜穿孔用ナノニードルの前記ニードル先端部へのレーザー光の照射により衝撃波及び/又はキャビテーションバブルを発生させて、前記ニードル先端部で細胞膜に穿孔する、細胞膜の穿孔方法。

【請求項14】
 
少なくとも1つの薬品充填用部位と搬送用部位から構成されるドラッグデリバリー用デバイスであって、
請求項8~請求項11のいずれか一項に記載の3次元ポリマー-金属複合マイクロ構造体で構成されており、かつ
前記搬送用部位に、磁性体金属を含有する前記金属含有層が形成されている、
ドラッグデリバリー用デバイス。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010143724thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Novel Measuring and Analytical Technology Contributions to the Elucidation and Application of Life Phenomena AREA
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