JPH07266428A

JPH07266428A - 機能性ゲル構造体の製造方法および該方法により製造される機能性ゲル構造体

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Publication number: JPH07266428A
Application number: JP6058400A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Shinohara; しのぶ篠原
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【構成】３次元物体の所定厚み毎の断面形状を得、この
断面形状の各々をそのパターンとして有する光パターン
を、光に反応して架橋する高分子の前駆体もしくは前駆
体組成物を含有する溶液に照射して所定厚みを有するゲ
ル化層を形成し、形成された各々のゲル化層を順次積層
してゲル構造体を得る。このゲル構造体に特定の液体成
分を取り込ませて機能性ゲル構造体を製造する。【効果】型を用いることなく３次元の複雑な形状の機能
性ゲル構造体を製造することができる。型を用いないの
で、型から取り出す際に生じる変形や破損の恐れがな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゲル構造体に関し、
特には、アクチュエ−タやセンサ等の機能性素子に用い
ることができるゲル構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる高分子ゲルとは、一般に、高分
子の網目構造（架橋構造）の中に溶媒を含んで膨潤した
ものを意味するが、高分子自身、あるいは含有する溶液
や混合物の性質によっては、網目構造中に磁性体等の固
体を有するものも含まれる。近年、この高分子ゲルの一
部が、溶媒、熱、光、電気等の刺激によりその形態を変
化させることが見出され、アクチュエータやセンサなど
の機能性素子への応用に対する期待が高まっている。こ
のような機能性素子に用いられる高分子ゲルは一般に機
能性ゲルと呼ばれ、上記事情から現在盛んに研究が行な
われている。

【０００３】この高分子ゲルは、機能性素子を作製する
うえで所定の形状にするために、あるいは微小化させて
ゲルの応答速度を向上させる目的で加工される。従来、
ゲル構造体の作製方法としては、型に高分子の前駆体を
含む溶液を注入し、加熱もしくは冷却してゲル化する型
加工が一般的に行なわれている。また、型加工した後、
型から取り出したゲルに対してさらに切削等の２次加工
を行なう場合もある。この他、懸濁重合による粒子状構
造物の成形や紡糸等によるファイバー状構造物の成形も
行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、型加工
により成形した場合には、ゲルが柔らかい物質であるた
め型からの取り出しの際にゲルを破損する危険性があ
り、取り出しは慎重に行なう必要がある。また、成形体
の精度が型の精度に依存するため、微細加工する場合に
は型の成形自体が困難になり、型の形状が複雑な場合に
は成形不可能な場合もある。さらに、形状によっては、
複数の部品を成形し、これらを互いに、もしくは他の部
材と接着し、あるいは組み立てる繁雑な工程を必要とす
ることがある。

【０００５】また、懸濁重合や紡糸による成形では、成
形体のサイズを小さくして微小化することは比較的容易
ではあるものの、複雑な形状の成形体を作製することは
不可能である。

【０００６】したがって、この発明は、型を用いる必要
がなく、したがってゲルを破損する恐れがなく、かつ複
雑な形状を成形することが可能な機能性ゲル構造体の製
造方法を提供することを目的とする。また、この発明
は、上記製造方法により製造された機能性ゲル構造体を
提供することをも目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による機能性ゲ
ル構造体の製造方法は、高分子の網目構造中に特定の液
体成分を保持する機能性ゲル構造体の製造方法であっ
て、電磁波に反応して架橋する前記高分子の前駆体もし
くは前駆体組成物と前記特定の液体成分とを含有する溶
液に電磁波のパターンを照射することにより所定形状の
ゲル構造体を形成することを特徴とする。

【０００８】また、この発明による機能性ゲル構造体の
別の製造方法は、高分子の網目構造中に特定の液体成分
を保持する機能性ゲル構造体の製造方法であって、電磁
波に反応して架橋する前記高分子の前駆体もしくは前駆
体組成物を含有する溶液に電磁波のパターンを照射する
ことにより所定形状の構造物を形成し、この構造物を前
記特定の液体成分を含有する液体に浸漬することにより
ゲル構造体を形成することを特徴とする。

【０００９】さらに、この発明による機能性ゲル構造体
の他の製造方法は、高分子の網目構造中に特定の液体成
分を保持する機能性ゲル構造体の製造方法であって、３
次元物体の所定厚み毎の断面形状を得て、この断面形状
の各々をそのパターンとして有する電磁波のパターン
を、電磁波に反応して架橋する前記高分子の前駆体もし
くは前駆体組成物と前記特定の液体成分とを含有する溶
液に照射して前記所定厚みを有するゲル化層を形成し、
形成された各々のゲル化層を順次積層することを特徴と
する。

【００１０】そして、この発明による機能性ゲル構造体
は、上記いずれかの方法により製造されることを特徴と
する。この発明による機能性ゲル構造体の製造方法にお
いて用いられる、電磁波に反応して架橋する高分子前駆
体もしくは前駆体組成物は、特定波長の電磁波を照射す
ることにより架橋して３次元網目構造を形成するもので
あればどのようなものでもよい。このような高分子前駆
体としては、例えば、鎖上に感光基が固定された直鎖状
高分子を挙げることができる。また前記前駆体組成物と
しては、例えば、ビニル基を１つ有するモノビニルモノ
マー、ビニル基を２つ有するジビニルモノマーおよび光
反応開始剤を含有する組成物や直鎖状高分子と光２量体
とを含有する組成物を挙げることができる。前者の前駆
体組成物において、モノビニルモノマーとしてはアクリ
ルアミド、アクリル酸、メタクリル酸、ポリスチレンス
ルホン酸、イソプロピルアクリルアミド等を、ジビニル
モノマーとしてはメチレンビスアクリルアミド等を、光
反応開始剤としてはローダミン、リボフラビン、メチル
バイオレット等をそれぞれ例示することができる。

【００１１】高分子前駆体もしくは前駆体組成物が、高
分子のように分子量の大きい物質を含む場合には、その
濃度を変えることにより溶液の粘度を調節すること可能
であり、特にスピンコートを行なう場合には、粘度と回
転数により膜厚を制御することができるため好ましい。

【００１２】高分子前駆体もしくは前駆体組成物に照射
する電磁波は、用いる前駆体もしくは前駆体組成物によ
り異なり、例えば、可視光、紫外線、Ｘ線、シンクロト
ロン放射光を用いることができる。

【００１３】上記の方法にて形成された機能性ゲル構造
体は、前記３次元網目構造の高分子と、前記特定の液体
成分自身あるいは特定液体中の溶質との相互作用によ
り、所定の機能が付与された構造体となる。このゲル構
造体に付与し得る機能としては、例えば、タンパク質等
の高分子の長さによるふるい分け；光、熱、電気、溶媒
交換等の外部刺激による膨潤収縮または屈曲などの変
形；圧電性；薬物、酵素等の固定およびゲル内での化学
反応；特定の刺激による薬物の放出；および他の物質の
透過もしくは吸着を挙げることができる。

【００１４】ゲル構造体に液体成分を取り込ませる方法
としては、高分子前駆体もしくは前駆体組成物と特定の
液体成分とを含有する溶液を調製し、この溶液に電磁波
を照射してゲル構造体を形成すると同時に取り込ませた
り、あるいは形成されたゲル構造体を特定の液体成分に
単に浸漬すればよい。

【００１５】次に、この発明の方法による３次元形状の
機能性ゲル構造体の製造について説明する。まず、所望
の３次元形状の平行断面形状を得る。この際、断面をと
る間隔は任意であり、必ずしも一定である必要はない
が、一定であるほうが操作上都合がよい。

【００１６】次に、上述の高分子前駆体もしくは前駆体
組成物を含有する溶液に、上で得られた断面形状をパタ
ーンとする電磁波パターンを照射し、断面形状と同一の
形状を有し、かつその断面と次の断面との間隔と同一の
厚みを有するゲル化層を形成する。

【００１７】この操作を得られた断面の全てについて行
ない、それにより形成されたゲル化層を順次積層する。
この際、各々の断面形状に対応するゲル化層を別個に形
成し、最後に接合してもよいが、形成されたゲル化層の
上に直接次のゲル化層を形成することにより接合操作が
省け、かつ強度を高めることができるため好ましい。具
体的には、ゲル化層を形成した後、このゲル化層の上に
高分子前駆体もしくは前駆体組成物を含有する溶液を導
き、次の断面の形状と同一のパターンを照射すればよ
い。この際、溶液の深さは、対応する２つの断面の間隔
と同一にする。

【００１８】形成されたゲル構造体への特定の液体成分
の取り込みは、上述のように、ゲル化層を形成する際に
同時に行なってもよいし、全てのゲル化層を積層した後
に特定の液体成分に浸漬することにより行なってもよ
い。

【００１９】

【作用】前記高分子の前駆体もしくは前駆体組成物と前
記特定の液体成分とを含有する溶液に電磁波のパターン
を照射することにより、前駆体もしくは前駆体組成物と
特定の液体成分とが反応して架橋し、高分子の網目構造
中に特定の液体成分が保持されることにより所定の機能
が付与された所望の形状の機能性ゲル構造体が得られ
る。

【００２０】また、高分子の前駆体もしくは前駆体組成
物を含有する溶液に電磁波パターンを照射することによ
り、前駆体もしくは前駆体組成物が反応して架橋し、所
望の形状を有する３次元網目構造の高分子が形成され
る。この３次元網目構造の網目の中に特定の液体成分を
保持させることにより特定の機能が付与された機能性ゲ
ル構造体が得られる。

【００２１】さらに、３次元の物体の断面形状をそのパ
ターンとする電磁波パターンを高分子の前駆体もしくは
前駆体組成物を含有する溶液に照射してゲル化層を形成
することにより、３次元物体の断面に対応する３次元網
目構造の層状高分子を得ることができ、これを複数積層
することにより、３次元物体と同様の立体形状を有する
３次元網目構造の高分子を形成することができる。この
３次元網目構造の網目の中に特定の液体成分を保持させ
ることにより、特定の機能が付与された３次元の機能性
ゲル構造体が得られる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例によりこの発明をより詳細に説
明する。実施例１この実施例においては、この発明による製造方法により
作製された機能性ゲル構造体を有し、アクチュエータと
して機能する機能性素子について説明する。

【００２３】図１および２に、この発明による機能性ゲ
ル構造体を有する機能性素子の製造プロセスを示す。図
に示すように、まず、基板1 上にポリイミドをスピンコ
ート法により塗布し、 120℃で10分間加熱してポリイミ
ド膜2 を形成する（図１ａ）。次に、ポリイミド層2 上
に所定のパターンを有するレジスト層3 をフォトリソグ
ラフィー法により形成し（図１ｂ）、さらにレジスト層
3 上に 1μｍ厚のアルミニウム膜4 をスパッタ法により
形成した後（図１ｃ）、レジストを除去して配線5 を形
成する（図１ｄ）。同様の方法により、 1μｍ厚の銀電
極6 および導電性高分子電極7を形成する（図２ａ）。

【００２４】次に、電極6 および7 、配線5 を形成した
基板上に光反応性ゲル材料8 をスピンコート法により10
μｍの厚さに塗布し、マスク9 を通して所望のパターン
を有する平行光線を照射する（図２ｂ）。光反応性ゲル
材料8 としては、2-アミノメチルプロパンスルホン酸10
％、N,N-メチレンビスアクリルアミド 1％、ローダミン
0.1％、ポリビニルアルコール 5％を混合した溶液を用
いる。光が照射されずに架橋しないまま残った光反応性
ゲル材料8 を除去した後、得られた構造体を基板ごと硝
酸銀溶液に浸漬してゲル構造体10とする（図２ｃ）。そ
の後、基板表面全体にシリコンポリマー膜11をスピンコ
ート法により 1μｍの厚さに塗布する（図２ｄ）。

【００２５】得られた機能性素子の断面斜視図を図３に
示す。図３に示されるように、この素子は、基板1 上に
設けられたポリイミド膜2 上に、銀電極6 および導電性
高分子電極7 並びにこれらの電極に接続する配線5 が設
けられている。銀電極6 および導電性高分子電極7 はい
ずれも櫛形であり、櫛の歯に相当する部分が互いに接触
しないように互い違いに配置されている。銀電極6 およ
び導電性高分子電極7の間の空隙およびそれら上部には
硝酸銀溶液を保持するゲル構造体10が設けられ、これら
全体の表面をシリコンポリマー膜11が覆い外郭を形成し
ている。外郭を形成するシリコンポリマー膜11は、ゲル
を外部に逃さないと同時に、水溶液をも透過せずに内部
に残留させる。

【００２６】この素子の銀電極6 を陽極、導電性高分子
電極7 を陰極とし、配線5 を通して外部電源から直流電
圧 1.5Ｖを印加すると、銀電極6 上では銀イオンが、ま
た導電性高分子電極7 上では硝酸イオンが発生し、その
結果、ゲル構造体10中のイオン濃度が高まり、ゲル構造
体10は図４に示すように溶液を吐出して収縮する。逆
に、直流電圧 - 1.5Ｖを印加すると、ゲル構造体10中の
イオン濃度が減少し、ゲル構造体10は図５に示すように
溶液を吸収して膨潤する。

【００２７】図４および５に示すように、このゲル構造
体10の収縮および膨潤に従ってシリコンポリマー膜11か
らなる外郭の形状も容易に変形する。この結果、例え
ば、荷重を有する物体12を素子上に載置した場合には、
ゲル構造体10を膨潤させることにより物体12を持ち上
げ、逆に収縮させることにより下ろすことが可能にな
る。すなわち、この機能性素子は、電気エネルギーを機
械的運動に変換するアクチュエータとして用いることが
できる。

【００２８】また、この素子に外部から圧力を印加する
と、ゲル構造体10中のイオンの解離度が変化し、銀電極
6 と導電性高分子電極7 との間に電位差が生じる。した
がって、この電位差を配線5 を介して測定することによ
り、圧電センサーとして用いることもできる。

【００２９】この実施例の機能性素子は上記構成に限定
されるものではなく、この発明の範囲を逸脱しない限り
において種々の変更または変形を加えることが可能であ
る。例えば、電極は銀電極と導電性高分子電極との組み
合わせだけではなく、 1.5Ｖ以下の電圧で反応し、かつ
気体を発生しない電極の組み合わせであればどのような
ものでもよい。また、外郭を形成する物質としては、柔
軟性を有し、かつ水を透過しない物質であればいかなる
ものでもよい。さらに、ゲル構造体が有する機能も電気
刺激による膨潤収縮のみに限定されるものではなく、例
えば加熱によって膨潤収縮するゲル構造体を用い、電極
の代わりにヒータで加熱して動作させることもできる。

【００３０】実施例２光照射により形成した光ゲル化層を積層して機能性ゲル
構造体を製造する方法を、図６を用いてより具体的に説
明する。

【００３１】図に示すように、この実施例に用いられる
製造装置では、溶液槽21に光反応性ゲル材料22が収容さ
れており、さらにゲル材料22中に昇降可能なアーム23上
に載置された成形台24が配置されている。また、溶液槽
21の上方には、レンズ25等の光学系を有する光ビーム照
射手段が設けられている。

【００３２】機能性ゲル構造物の製造においては、ま
ず、アーム23上に載置される成形台24の表面位置が液面
から所定の距離となるようにアーム23を移動させる。次
に、成形台24上方の光反応性ゲル材料22の液面に、液面
近傍に焦点を有する光ビーム26を照射し、所望の形状に
従って走査する。これにより、ゲル材料22の液面から成
形台24の表面までの所定の厚みを有し、成形台24上に載
置された光ゲル化層27が形成される。

【００３３】その後、アーム23をさらに所定の距離だけ
下方に移動させる。これにより、光ゲル化層27はゲル材
料22中に沈降し、形成された光ゲル化層上に所定厚みの
未反応の光反応性ゲル材料の層が形成される。この層に
対して、上と同様に光ビーム26を照射して所望の形状で
所定の厚みを有する第２の光ゲル化層を形成、積層す
る。この際、第２の光ゲル化層は第１の光ゲル化層上に
直接接合しており、接合工程は必要ない。このような操
作を順次繰り返し、所望の３次元形状を有する構造体を
形成する。

【００３４】最後に、得られた構造体を洗浄した後、特
定の液体成分を含有する溶液に浸漬して機能性ゲル構造
体を得る。図７は、上記手順により作製される３次元形
状の機能性ゲル構造体を主要構成部材とする機能性素子
の一例を示す断面図であり、図８はその斜視図である。
図において、上記方法により作製された略球状のゲル構
造体31がガラス性の透明板32に接合されており、透明板
32は光ファイバー33の端面に透明接着剤で固着されてい
る。透明板32は、ゲル構造体31の作製時には成形台とし
て用いられたものである。光ファイバー33の外周には光
を透過しないゴム性のチューブ34が設けられており、ゲ
ル構造体31が設けられた端面と反対の端面は図示されて
いない光源に接続されている。ゲル構造体31は、開口部
35を有し、かつ特定の波長でイオン化するトリフェニル
メタンロイコシアニドを固定している。

【００３５】この機能性素子は、電解質溶液中において
ソフトグリッパとして機能する。すなわち、電解質溶液
中において、光ファイバー33を介して光源からゲル構造
体31に光を照射すると、ゲル構造体31に保持されるトリ
フェニルメタンロイコシアニドがイオン化し、それによ
りゲル構造体31が膨潤する。その結果、図９に示すよう
に開口部35が開き、ゲル構造体31の内部に被把持物36を
取り込むことができるようになる。被把持物36を内部に
取り込んだ後、光照射を止めると、ゲル構造体31は収縮
し、その結果、図10に示すように開口部35が閉じて被把
持物36を把持する。

【００３６】このソフトグリッパの主要部分を構成する
ゲル構造体は柔らかいので、破損しやすい物体を保持す
るのに適している。またゲル構造体は水分を含み、かつ
表面が親水性であるため、疎水性表面に吸着し易く脱離
させにくい物体、例えば微生物や細胞の把持に適してい
る。

【００３７】この実施例の機能性素子も上記構成に限定
されるものではなく、この発明の範囲を逸脱しない限り
において種々の変更または変形を加えることが可能であ
る。例えば、ゲル構造体に保持される物質はトリフェニ
ルメタンロイコシアニドに限定されるものではなく、特
定の波長の光を照射することによりイオン化する物質で
あればどのようなものでもよい。

【００３８】実施例３この実施例においては、この発明の方法により作製され
る３次元形状の機能性ゲル構造体を主要構成部材とする
電気泳動分析用セルを説明する。その断面を図11に示
す。

【００３９】図に示すように、このセルは、光を透過す
るガラス性ケース41、内蓋42、外蓋43、下部電極44、上
部電極45、フィルター46およびゲル構造体47とからな
る。下部電極44には突起部48が設けられ、下部電極44は
この突起部48がケース41の底部に設けられた開口部49に
嵌合するようにケース41の底部に固定されている。ケー
ス41の上部内面には切り欠き50が設けられ、この切り欠
き50には内蓋42が載置されている。内蓋42にも開口部が
設けられ、この開口部の上縁にはさらに切り欠き51が設
けられ、フィルター46が載置されている。フィルター46
には螺旋状のゲル構造体47の一端が接合されており、ゲ
ル構造体47の他端はケース41の底部に固定された下部電
極44に接触している。上部電極45には突起部52が設けら
れ、上部電極45はこの突起部52が外蓋43に設けられた開
口部53に嵌合するように外蓋43に固定されている。ケー
ス41の上部外面と外蓋43の内面にはねじ山が切られてお
り、ケース41と外蓋43とはねじ込み式に固定することが
できる。その際、上部電極45とフィルター46とは密着す
る。

【００４０】螺旋状のゲル構造体47はポリアクリルアミ
ドゲルからなり、水溶液を保持している。このゲル構造
体47は、上記実施例２に記載される方法に準じて作製す
ることができる。また、フィルター46は透水性の材料か
らなり、ゲル構造体の製造時には成形台として用いられ
る。

【００４１】この電気泳動分析用セルによって分析する
検体は、例えば、水に分散した高分子やタンパク質であ
る。検体の分析は、以下のように行なう。まず、外蓋43
をケース41から取り外し、フィルター46に分析検体を滴
下する。次に、外蓋43を閉めて上部電極45とフィルター
46を接触させ、上部電極45と下部電極44との間に電圧を
印加する。これにより、検体はフィルター46から下部電
極44に向かってゲル構造体47内部を移動する。すなわ
ち、ゲル構造体がこのセルにおけるカラムの役割を果た
す。ゲル構造体における検体の移動速度は、検体の荷電
状態や分子量などの性質によって決定される固有の値で
あり、一定時間経過した後、検体の位置をケース41を通
して外部から観察することにより検体の種類を特定する
ことができる。

【００４２】この電気泳動分析用セルは、カラムである
ゲルが螺旋状であるため、従来の直線状のカラムと比較
して、より小さい寸法でより長い泳動距離を得ることが
できる。また、ゲルがケースに接触していないため、検
体がガラス表面などに接触して吸着されるようなことも
ない。

【００４３】以上実施例に基づいて、この発明を説明し
たが、この発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、この発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能である。ここで、この発明の要旨をまとめると以下の
ようになる。

【００４４】（１）実施例３（図11）に対応高分子の網目構造中に特定の液体成分を保持する機能性
ゲル構造体の製造方法であって、電磁波に反応して架橋
する前記高分子の前駆体もしくは前駆体組成物と前記特
定の液体成分とを含有する溶液に電磁波のパターンを照
射することにより所定形状のゲル構造体を形成すること
を特徴とする機能性ゲル構造体の製造方法。

【００４５】（２）実施例１（図１〜５）に対応高分子の網目構造中に特定の液体成分を保持する機能性
ゲル構造体の製造方法であって、電磁波に反応して架橋
する前記高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含有す
る溶液に電磁波のパターンを照射することにより所定形
状の構造物を形成し、この構造物を前記特定の液体成分
を含有する液体に浸漬することによりゲル構造体を形成
することを特徴とする機能性ゲル構造体の製造方法。

【００４６】（３）実施例２（図６〜10）に対応高分子の網目構造中に特定の液体成分を保持する機能性
ゲル構造体の製造方法であって、３次元物体の所定厚み
毎の断面形状を得て、この断面形状の各々をそのパター
ンとして有する電磁波のパターンを、電磁波に反応して
架橋する前記高分子の前駆体もしくは前駆体組成物と前
記特定の液体成分とを含有する溶液に照射して前記所定
厚みを有するゲル化層を形成し、形成された各々のゲル
化層を順次積層することを特徴とする機能性ゲル構造体
の製造方法。および（４）実施例１〜３（図１〜11）に対応前記（１）〜（３）に記載の方法により製造される機能
性ゲル構造体。

【００４７】前記（１）の方法においては、前記高分子
の前駆体もしくは前駆体組成物と前記特定の液体成分と
を含有する溶液に電磁波のパターンを照射することによ
り、前駆体もしくは前駆体組成物と特定の液体成分とが
反応して架橋し、高分子の網目構造中に特定の液体成分
が保持されることにより所定の機能が付与された所望の
形状の機能性ゲル構造体を製造することが可能となり、
したがって、型から取り出す際に生じる変形や破損の恐
れがない。

【００４８】また、前記（２）の方法においては、前記
高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含有する溶液に
電磁波パターンを照射することにより、前駆体もしくは
前駆体組成物が反応して架橋し、所望の形状を有する３
次元網目構造の高分子が形成される。この３次元網目構
造の網目の中に特定の液体成分を保持させることにより
特定の機能が付与された機能性ゲル構造体が得られる。
この方法によると、型を用いることなく複雑な形状の機
能性ゲル構造体を製造することが可能となり、したがっ
て、型から取り出す際に生じる変形や破損の恐れがな
い。

【００４９】さらに、前記（３）の方法においては、３
次元の物体の断面形状をそのパターンとする電磁波パタ
ーンを高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含有する
溶液に照射してゲル化層を形成することにより、３次元
物体の断面に対応する３次元網目構造の層状高分子を得
ることができ、これを複数積層することにより、３次元
物体と同様の立体形状を有する３次元網目構造の高分子
を形成することができる。この３次元網目構造の網目の
中に特定の液体成分を保持させることにより、特定の機
能が付与された３次元の機能性ゲル構造体が得られる。
このように、この方法によると、型を用いることなく複
雑な３次元形状の機能性ゲル構造体を製造することが可
能となり、したがって、型から取り出す際に生じる変形
や破損の恐れがない。

【００５０】また、（４）の機能性ゲル構造体は、前記
（１）〜（３）に記載の方法により製造されるものであ
り、したがって、その製造工程において何ら変形や破損
は受けない。この機能性ゲル構造体は、機能性素子の主
要構成部材として好適に用いることができる。

【００５１】この発明はまた、以下に示す態様をも含む
ものである。（５）電磁波に反応して架橋する高分子の前駆体もしく
は前駆体組成物を含有する溶液に電磁波のパターンを照
射して所定の形状の構造体を形成する第１の工程と、こ
の構造物を特定の液体成分を含有する溶液に浸漬する第
２の工程とを具備することを特徴とする前記（１）また
は（２）に記載の製造方法。この方法は、第１の工程に
おいて高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含有する
溶液に電磁波のパターンを照射して３次元網目構造を有
する所定の形状の構造体を形成し、第２の工程において
形成された構造体を特定の液体成分を含有する溶液に浸
漬して、構造体の３次元網目構造の網目の中に特定の液
体成分を取り込ませる。したがって、網目の中に取り込
ませようとする特定の液体成分が、電磁波パターン照射
による構造物の形成を行なう第１の工程で用いることが
困難な物質であっても、構造体中に取り込んで特定の機
能を付与することが可能になる。

【００５２】（６）前記第１の工程と第２の工程との間
に、さらに所定の形状の構造物を洗浄する工程を具備す
る前記（５）に記載の製造方法。この方法では、第１の
工程で作製した所定の形状の構造体を、第１の工程の終
了後に洗浄して構造体に付着または含浸した溶液を除去
し、その後、第２の工程において構造体を特定の液体成
分を含有する溶液に浸漬して特定の液体成分を構造体中
に取り込む。したがって、第１の工程の後、構造体に溶
液が付着もしくは含浸していたり、前駆体が残留してい
たとしても、これらの不要物質が第２の工程に持ち込ま
れることはない。

【００５３】（７）前記電磁波のパターンの照射により
形成される構造体の形状が、３次元物体の所定厚み毎の
断面形状を得、該断面形状の各々をそのパターンとして
有する電磁波のパターンを、電磁波に反応して架橋する
該高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含有する溶液
に照射して該所定厚みを有するゲル化層を形成し、形成
された各々のゲル化層を順次積層することにより形成さ
れることを特徴とする前記（５）に記載の製造方法。こ
の方法は、３次元物体の断面形状を２次元の電磁波のパ
ターンとして照射してゲル化層を形成し、このゲル化層
を順次積層させることにより３次元形状の構造体を作製
する。得られた構造体は、その後特定の液体成分を含有
する溶液に浸漬して特定の液体成分を取り込ませ、所望
の機能性ゲル構造体を得る。これにより、型を用いるこ
となく複雑な３次元形状の構造体を製造することができ
る。

【００５４】（８）前記溶液中に支持部材を配置し、こ
の支持部材上で溶液に電磁波のパターンを照射して支持
部材上に支持部材に接してゲル構造体を形成することを
特徴とする前記（１）または（２）に記載の製造方法。
この方法は、高分子の前駆体もしくは前駆体組成物を含
有する溶液中に支持部材を配置し、支持部材上に位置す
る溶液に電磁波のパターンを照射して支持部材上に構造
体を作製する。これにより得られる構造体は、溶液の液
面と支持部材との距離と等しい厚みを有する層状であ
り、かつ支持部材に接合している。このようにゲル構造
体と支持部材とが接合しているので、破損しやすいゲル
構造体に直接触れることなく、素子の組み立てなどの処
理を行なうことが可能になる。また、前記実施例１に示
すように、支持部材として予め他の部材を組み込んだ基
板等を用いることもでき、素子の組み立てをより容易に
行なうことが可能になる。

【００５５】（９）前記溶液中に電極を配置し、この電
極上で溶液に電磁波のパターンを照射して電極上に電極
に接してゲル構造体を形成することを特徴とする前記
（１）〜（３）または（５）〜（８）に記載の製造方
法。この方法は、高分子の前駆体もしくは前駆体組成物
を含有する溶液中に電極を配置し、電極上に位置する溶
液に電磁波のパターンを照射して電極上に構造体を作製
する。これにより得られる構造体は、溶液の液面と電極
との距離と等しい厚みを有する層状であり、かつ電極に
接合している。この電極に電圧を印加することにより、
イオンが発生し、あるいは消去される。形成されたゲル
構造体がイオン濃度の変化に反応するものであれば、電
圧印加の有無によりゲル構造体の動作を制御することが
できる。この方法により製造されたゲル構造体は、電極
とゲル構造体が直接接合しているので、電極から発生す
るイオンを容易に構造体全体に行き渡らせることができ
る。

【００５６】（10）前記（９）に記載の方法により製造
された機能性ゲル構造体を有し、この機能性ゲル構造体
に含まれる液体成分が電解質溶液であり、かつ機能性ゲ
ル構造体を構成する高分子がイオン基を有する高分子で
あることを特徴とするアクチュエータ。このアクチュエ
ータは、電極上に直接接合された機能性ゲル構造体を有
し、ゲル構造体はイオン基を有する高分子からなり、か
つ電解質溶液を含んでいる。この電極に電圧を印加する
とイオンが発生し、ゲル構造体中のイオン濃度が変化す
る。このイオン濃度変化に伴ってゲル構造体は膨潤もし
くは収縮し、この際外部に対して機械的な作用を及ぼ
す。したがって、このアクチュエータにより、電気エネ
ルギーを機械的なエネルギーに変換することができる。

【００５７】（11）前記（９）に記載の方法により製造
された機能性ゲル構造体を有し、この機能性ゲル構造体
に含まれる液体成分が電解質溶液であり、かつ機能性ゲ
ル構造体を構成する高分子がイオン基を有する高分子で
あることを特徴とする圧力センサ。この圧力センサは、
電極上に直接接合された機能性ゲル構造体を有し、ゲル
構造体はイオン基を有する高分子からなり、かつ電解質
溶液を含んでいる。機能性ゲル構造体は、圧力が加わる
ことにより起電力が発生する。この起電力を電極を介し
て測定することによりゲルに加えられた圧力を測定する
ことができる。また、この機能性ゲル構造体は圧力が加
わることにより導電率が変化する。この導電率の変化は
ゲルに電流を流した際に抵抗値の変化として検出可能で
ある。したがって、この圧力センサにより、ゲル構造体
に加わる圧力を電圧値もしくは抵抗値の変化として測定
することが可能となる。

【００５８】（12）前記（８）に記載の方法により製造
された機能性ゲル構造体を有し、この機能性ゲル構造体
に含まれる液体成分が光照射によりイオン化する物質を
含有し、かつ機能性ゲル構造体を構成する高分子がイオ
ン基を有する高分子であることを特徴とするグリッパ。
このグリッパは、支持部材上に直接接合した機能性ゲル
構造体を有し、ゲル構造体は光照射によりイオン化する
物質を含有している。このグリッパに光を照射すると、
ゲル構造体に含まれる物質がイオン化し、ゲル構造体中
のイオン濃度が変化する。このイオン濃度の変化により
ゲル構造体が変形する。したがって、このグリッパは、
光をトリガーとして容易に変形し、被把持物の把持もし
くは放出を行なう。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、この発明の製造方法によ
ると、複雑な形状を有する機能性ゲル構造体を型を用い
ることなく容易に製造することが可能となる。製造に際
して型を用いる必要がないため、型から取り出す際に生
じる変形や破損の恐れがなく、一定の品質の構造体を製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による機能性ゲル構造体を有する機能
性素子の製造プロセスを示す工程図。

【図２】図１に続いて、この発明による機能性ゲル構造
体を有する機能性素子の製造プロセスを示す工程図。

【図３】図１および図２に示す製造プロセスにより製造
される、この発明による機能性ゲル構造体を有する機能
性素子の一態様を示す一部断面斜視図。

【図４】図３に示す機能性素子のアクチュエータとして
の動作を説明する図であって、この発明による機能性ゲ
ル構造体が収縮した状態を示す断面図。

【図５】図３に示す機能性素子のアクチュエータとして
の動作を説明する図であって、この発明による機能性ゲ
ル構造体が膨潤した状態を示す断面図。

【図６】この発明による機能性ゲル構造体の製造方法の
一態様における一工程を模式的に示す断面図。

【図７】この発明による機能性ゲル構造体を有する機能
性素子の他の一態様を示す断面図。

【図８】図７に示す機能性素子の斜視図。

【図９】図７および８に示す機能性素子のソフトグリッ
パとしての動作を説明する図であって、この発明による
機能性ゲル構造体が膨潤した状態を示す断面図。

【図１０】図７および８に示す機能性素子のソフトグリ
ッパとしての動作を説明する図であって、この発明によ
る機能性ゲル構造体が収縮した状態を示す断面図。

【図１１】この発明による機能性ゲル構造体をカラムと
して用いる電気泳動分析用セルを示す断面図。

【符号の説明】

1…基板、 2…ポリイミド膜、 3…レジスト層、 4…ア
ルミニウム膜、5…配線、 6…銀電極、 7…導電性高分
子電極、 8、22…光反応性ゲル材料、9…マスク、10、3
1、47…ゲル構造体、11…シリコンポリマー膜、14…溶
液槽、15…成形台、16…レンズ、17…光ビーム、18…光
ゲル化層、19…アーム、21…溶液槽、23…アーム、24…
成形台、25…レンズ、26…光ビーム、27…光ゲル化層、
32…透明板、33…光ファイバー、34…チューブ、35…開
口部、36…被把持物、41…ケース、42…内蓋、43…外
蓋、44…下部電極、45…上部電極、46…フィルター、4
8、52…突起部、49、53…開口部、50、51…切り欠き。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子の網目構造中に特定の液体成分を保
持する機能性ゲル構造体の製造方法であって、電磁波に
反応して架橋する前記高分子の前駆体もしくは前駆体組
成物と前記特定の液体成分とを含有する溶液に電磁波の
パターンを照射することにより所定形状のゲル構造体を
形成することを特徴とする機能性ゲル構造体の製造方
法。
【請求項２】高分子の網目構造中に特定の液体成分を保
持する機能性ゲル構造体の製造方法であって、電磁波に
反応して架橋する前記高分子の前駆体もしくは前駆体組
成物を含有する溶液に電磁波のパターンを照射すること
により所定形状の構造物を形成し、この構造物を前記特
定の液体成分を含有する液体に浸漬することによりゲル
構造体を形成することを特徴とする機能性ゲル構造体の
製造方法。
【請求項３】高分子の網目構造中に特定の液体成分を保
持する機能性ゲル構造体の製造方法であって、３次元物
体の所定厚み毎の断面形状を得て、この断面形状の各々
をそのパターンとして有する電磁波のパターンを、電磁
波に反応して架橋する前記高分子の前駆体もしくは前駆
体組成物と前記特定の液体成分とを含有する溶液に照射
して前記所定厚みを有するゲル化層を形成し、形成され
た各々のゲル化層を順次積層することを特徴とする機能
性ゲル構造体の製造方法。
【請求項４】請求項１、２または３に記載の方法により
製造される機能性ゲル構造体。