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BIOCOMPATIBLE ELECTRODE STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR

Patent code P150011551
File No. E114P10
Posted date Mar 23, 2015
Application number P2013-149663
Publication number P2015-019806A
Patent number P6296530
Date of filing Jul 18, 2013
Date of publication of application Feb 2, 2015
Date of registration Mar 2, 2018
Inventor
  • (In Japanese)関谷 毅
  • (In Japanese)染谷 隆夫
  • (In Japanese)鷹野 玲美
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title BIOCOMPATIBLE ELECTRODE STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biocompatible electrode structure that has biocompatibility, is applicable in vivo for a long period of time, is superior in followability to the shape of wrinkles of organs or the like and can form an excellent interface between organs or the like, and has a low impedance from the low frequency to the high frequency.
SOLUTION: A biocompatible electrode structure 100 is formed such that conductive nanomaterials 101 connectable to an electronic circuit are dispersed in a polymeric medium 102. In the biocompatible electrode structure 100, the conductive nanomaterials 101 are dispersed with a density lower than that of the connection surface side at the side of an opposite surface 100b of a connection surface 100a with the electronic circuit in the polymeric medium 102.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

有機半導体を利用したフレキシブルエレクトロニクスは、柔らかい素材で構成されたデバイスを生体の表面や内部に装着し、細胞や組織から直接生体情報を得る手段として、近年注目されている。生体の内部における組織や細胞との電気的接触は、主にPt、Au等の金属を介して行われている(非特許文献1、2)。

しかしながら、Pt、Au等の金属が生体内の組織や細胞に直接触れると、生体細胞の抗体反応により、金属と組織や細胞との間に炎症反応が起きるため、長期的に生体情報観測を行うことが難しいという問題がある。また、生体細胞の表面には、しわ等の表面の起伏が存在しているが、金属で形成された電極は一般に固く、表面形状の局所的な変化に追従できないことが問題となっている。このため、電極の接触が不安定となり、電気信号が不安定になるなどの問題がある。こうしたことから、生体細胞と直接接触する電極材料として、生体適合性を有し、生体細胞の表面を十分に覆うことが可能な表面形状への追従性に優れた材料の開発が望まれている。

ところで、カーボンナノチューブ(CNT)等の導電性ナノ材料はフレキシブルな導電材料として期待されている。特許文献1には、カーボンナノチューブとイオン液体とのゲルからなり、柔軟性に富むアクチュエータ素子用導電体材料や、カーボンナノチューブとイオン液体とポリマーとのゲル状組成物からなるアクチュエータ素子用電極層が開示されている。このゲルまたはゲル状組成物の形成時に、せん断力下における細分化処理を行うことにより、カーボンナノチューブの相互のからみ合いを減少させ、からみ合いの減少したカーボンナノチューブの表面に「カチオン-π」相互作用により結合したイオン液体の分子がイオン結合を介してカーボンナノチューブの束同士を結びつけることにより、形成されるものと推測されている(特許文献2)。なお、「カチオン-π」相互作用は、水素結合(ファンデルワールス力の10倍程度)に匹敵する強さがある。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、生体適合性電極構造体及びその製造方法、並びに、デバイス及びその製造方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
電子回路に接続可能な、導電性ナノ材料が高分子媒体中に分散されてなる生体適合性電極構造体であって、前記導電性ナノ材料は前記高分子媒体中において、前記電子回路との接続面の反対側ではその接続面側よりも低密度で分散されているか、又は含有されておらず、
前記導電性ナノ材料はカーボンナノ材料であり、
前記カーボンナノ材料は、イオン液体の分子の層で覆われていることを特徴とする生体適合性電極構造体。

【請求項2】
 
前記イオン液体の分子の層が、水溶性高分子の層で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の生体適合性電極構造体。

【請求項3】
 
前記高分子媒体はゲル状であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の生体適合性電極構造体。

【請求項4】
 
前記生体適合性電極構造体は、前記導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第1の高分子層と、前記導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第2の高分子層とが前記電子回路との接続面側から順に積層されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の生体適合性電極構造体。

【請求項5】
 
電子回路に接続可能な、導電性ナノ材料が高分子媒体中に分散されてなる生体適合性電極構造体であって、
前記導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第1の高分子層と、前記導電性ナノ材料を含まない高分子媒体からなる第2の高分子層とが、前記電子回路との接続面側から順に積層されてなることを特徴とする生体適合性電極構造体。

【請求項6】
 
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の生体適合性電極構造体を電極として備えたことを特徴とするデバイス。

【請求項7】
 
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、前記生体適合性電極構造体に接続された複数の電極を有し、前記生体適合性電極構造体は前記複数の電極に対応して配置されていることを特徴とするデバイス。

【請求項8】
 
請求項4または5のいずれかに記載の生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、複数の電極を有し、各電極は前記第1の高分子層によって構成され、前記第2の高分子層は前記複数の電極に亘って形成されていることを特徴とするデバイス。

【請求項9】
 
請求項4または5のいずれかに記載の生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、複数の電極を有し、各電極は前記第1及び第2の高分子層によって構成されていることを特徴とするデバイス。

【請求項10】
 
請求項4または5のいずれかに記載の生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、前記生体適合性電極構造体に接続する複数の電極を有し、前記第1の高分子層は各電極ごとに配置され、前記第2の高分子層は前記複数の電極に亘って形成されていることを特徴とするデバイス。

【請求項11】
 
請求項4または5のいずれかに記載の生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、前記生体適合性電極構造体に接続された複数の電極を有し、前記第1及び第2の高分子層は各電極ごとに配置されていることを特徴とするデバイス。

【請求項12】
 
電子回路に接続可能な、導電性ナノ材料が高分子媒体中に分散されてなる生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、
前記生体適合性電極構造体が、前記導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第1の高分子層と、前記導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第2の高分子層とを、前記電子回路との接続面側から順に積層してなり、
複数の電極を有し、各電極は前記第1の高分子層によって構成され、前記第2の高分子層は前記複数の電極に亘って形成されていることを特徴とするデバイス。

【請求項13】
 
電子回路に接続可能な、導電性ナノ材料が高分子媒体中に分散されてなる生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、
前記生体適合性電極構造体が、前記導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第1の高分子層と、前記導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第2の高分子層とを、前記電子回路との接続面側から順に積層してなり、
前記生体適合性電極構造体に接続する複数の電極を有し、前記第1の高分子層は各電極ごとに配置され、前記第2の高分子層は前記複数の電極に亘って形成されていることを特徴とするデバイス。

【請求項14】
 
電子回路に接続可能な、導電性ナノ材料が高分子媒体中に分散されてなる生体適合性電極構造体を備えたデバイスであって、
前記生体適合性電極構造体が、前記導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第1の高分子層を、前記導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料を含む高分子媒体からなる第2の高分子層で覆ってなることを特徴とするデバイス。

【請求項15】
 
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の生体適合性電極構造体の製造方法であって、
複数の電極を有する電子回路上に、導電性ナノ材料を高分子媒体中に分散させた液膜を形成する工程と、高分子媒体中の導電性ナノ材料を前記電子回路側に偏在させる工程と、液膜を硬化させて各電極上に生体適合性電極構造体を配置する工程とを有することを特徴とする生体適合性電極構造体の製造方法。

【請求項16】
 
請求項4または5のいずれかに記載の生体適合性電極構造体の製造方法であって、
導電性ナノ材料を含む第1の高分子層となる第1の高分子媒体を、複数の電極を有する電子回路上に形成する工程と、導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料含む第2の高分子層となる第2の高分子媒体を前記第1の高分子媒体上に形成する工程と、前記第1および第2の高分子媒体を一括してパターニングして、各電極上に配置するように加工する工程とを有することを特徴とする生体適合性電極構造体の製造方法。

【請求項17】
 
請求項9に記載のデバイスの製造方法であって、
導電性ナノ材料を含む第1の高分子層となる第1の高分子媒体を電子回路上に形成する工程と、導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料含む第2の高分子層となる第2の高分子媒体を前記第1の高分子媒体上に形成する工程と、前記第1および第2の高分子媒体を一括してパターニングして、電子回路の複数の電極をなすように加工する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

【請求項18】
 
請求項11に記載のデバイスの製造方法であって、
導電性ナノ材料を含む第1の高分子層となる第1の高分子媒体を、複数の電極を有する電子回路上に形成する工程と導電性ナノ材料を含まないか又は前記第1の高分子層より低密度で導電性ナノ材料含む第2の高分子層となる第2の高分子媒体を前記第1の高分子媒体上に形成する工程と、前記第1および第2の高分子媒体を一括してパターニングして、各電極上に配置するように加工する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013149663thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO SOMEYA Bio-Harmonized Electronics AREA
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