碳納米材料、組合物、導(dǎo)電性材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及碳納米材料、組合物、導(dǎo)電性材料及其制造方法。
[0002]本申請基于2012年8月23日在日本申請的特愿2012 — 184492號主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]用有機(jī)半導(dǎo)體制作的柔性電子器件憑借原材的柔軟度，作為裝在人體的表面、體內(nèi)，并從細(xì)胞、組織直接獲得生物體信息的手段，近年受到關(guān)注。
[0004]以往，在體內(nèi)使用電子器件時(shí)，與體內(nèi)組織、細(xì)胞的電接觸中一直使用Pt、Au等金屬(非專利文獻(xiàn)1、2)。
[0005]但是，若Pt、Au等金屬與體內(nèi)組織、細(xì)胞直接接觸，則由于生物體細(xì)胞的抗體反應(yīng)而在電極與組織之間發(fā)生炎癥反應(yīng)，因此存在不能進(jìn)行長期的生物體信息觀測這一問題。
[0006]另外，生物體細(xì)胞具有褶皺等表面的起伏，由金屬形成的電極通常堅(jiān)硬，對表面形狀的追隨性存在問題。因此存在電極的接觸變得不穩(wěn)定，電信號變得不穩(wěn)定等問題。
[0007]按照這樣，作為與生物體細(xì)胞直接接觸的電極材料，期望開發(fā)出具有生物相容性、能夠?qū)⑸矬w細(xì)胞的表面充分覆蓋的對表面形狀的追隨性優(yōu)異的材料。
[0008]另外，碳納米管(CNT)等納米材料被期待作為柔性的導(dǎo)電材料。
[0009]專利文獻(xiàn)I中公開了，包含碳納米管和離子液體的凝膠并富有柔軟性的致動(dòng)器元件用導(dǎo)電體材料；和包含碳納米管、離子液體和聚合物的凝膠狀組合物的致動(dòng)器元件用電極層。推測通過在凝膠或凝膠狀組合物形成時(shí)進(jìn)行剪切力下的細(xì)分化處理，使碳納米管相互的纏結(jié)減少，在減少了纏結(jié)的碳納米管的表面通過“陽離子一 π ”相互作用而鍵合的離子液體的分子通過離子鍵將碳納米管束彼此的集結(jié)，從而形成凝膠或凝膠狀組合物(專利文獻(xiàn)2)。需要說明的是，“陽離子一 ii”相互作用相當(dāng)于氫鍵(范德華力的10倍左右)的強(qiáng)度。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4038685號公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本專利第3676337號公報(bào)
[0014]非專利文獻(xiàn)
[0015]非專利文獻(xiàn)1:Jonathan VIenti et.Al., Nature Neurosicence, 2011, Vol.14,N0.12，1599-1607
[0016]非專利文獻(xiàn)2:Quan Qing et.al.，PNAS, 2010，Vol.107，N0.5，1882-1887
[0017]發(fā)明所要解決的課題
[0018]但是，也存在對于碳納米管(CNT)等納米材料對生物體帶來的影響尚未充分理解的情況，用作裝在人體的表面、體內(nèi)的設(shè)備的材料的研宄沒有進(jìn)展。實(shí)際上，在專利文獻(xiàn)I和2中，未設(shè)想它們所公開的材料用作裝在人體的表面、體內(nèi)的設(shè)備的材料，因此，對于將碳納米管以對生物體沒有影響的狀態(tài)設(shè)置于材料內(nèi)的構(gòu)成，沒有任何記載和啟示。
[0019]在專利文獻(xiàn)2中，記載了離子液體的分子鍵合于碳納米管的表面，但對于將碳納米管的表面用離子液體的分子覆蓋，進(jìn)一步用高分子覆蓋該離子液體的分子的層之上的構(gòu)成，沒有任何記載和啟示。
[0020]另外，專利文獻(xiàn)I中公開了，包含碳納米管、離子液體和聚合物的凝膠狀組合物的電極層，聚合物是為了保持機(jī)械強(qiáng)度而配合的(第0026段等)。因此，只不過公開了通過加熱混合碳納米管及離子液體的凝膠和聚合物而形成包含該凝膠狀組合物的電極層(實(shí)施例I等)的方法所得到的包含凝膠狀組合物的電極層。另外，對于用于使覆蓋碳納米管的離子液體的分子成為單層的清洗工序、用于除去未鍵合于碳納米管的離子液體的分子的清洗工序、將聚合物交聯(lián)的交聯(lián)工序，沒有任何記載和啟示。
[0021]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供具有生物相容性、能夠在生物體內(nèi)長期應(yīng)用、對臟器等的褶皺的形狀的追隨性優(yōu)異、與臟器等之間能夠形成非常良好的界面的碳納米材料、組合物、導(dǎo)電性材料及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]用于解決課題的手段
[0023]本發(fā)明人著眼于離子液體的分子在碳納米管的表面強(qiáng)力鍵合這一事實(shí)，經(jīng)過潛心研宄的結(jié)果是，想到了進(jìn)一步用高分子覆蓋由離子液體的分子覆蓋的碳納米管的突破性的想法。根據(jù)該材料，碳納米管被離子液體和高分子雙重地被覆，碳納米管不從材料表面露出，即使埋入了生物體內(nèi)，也能避免碳納米管觸及生物體細(xì)胞。對于本發(fā)明人基于該想法探索而發(fā)現(xiàn)的材料，按照關(guān)于生物相容的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定IS010993 - 6，實(shí)施“依據(jù)集落形成法的細(xì)胞毒性試驗(yàn)”確認(rèn)無細(xì)胞毒性。此外，實(shí)施依據(jù)該規(guī)定的“兔植入試驗(yàn)”，確認(rèn)到相比于現(xiàn)有的Au電極，生物體的排斥反應(yīng)小，從而完成本發(fā)明。
[0024]為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明采用以下的手段。
[0025]本發(fā)明的一實(shí)施方式的碳納米材料被構(gòu)成親水性離子液體的分子和水溶性高分子雙重地被覆。
[0026]對于離子液體對生物體帶來的影響未進(jìn)行充分研宄。但是，本發(fā)明的一實(shí)施方式的碳納米材料采用如下構(gòu)成，即，用水溶性高分子覆蓋鍵合于碳納米材料的構(gòu)成離子液體的分子的雙重被覆的構(gòu)成。因此，即使在將該構(gòu)成以觸及生物體的方式使用的情況下，也能夠避免構(gòu)成離子液體的分子觸及生物體。另外，碳納米材料本體(被構(gòu)成離子液體的分子及水溶性高分子覆蓋前的碳納米材料自身)被構(gòu)成離子液體的分子及水溶性高分子雙重覆蓋，因此，即使在將該構(gòu)成(雙重被覆碳納米材料)以觸及生物體的方式使用的情況下，也能夠避免碳納米材料本體觸及生物體。
[0027]本發(fā)明的一實(shí)施方式的組合物是，被構(gòu)成親水性離子液體的分子覆蓋的碳納米材料分散于水溶性高分子介質(zhì)中而成，碳納米材料被構(gòu)成離子液體的分子和水溶性高分子雙重地被覆的組合物。
[0028]對于離子液體對生物體帶來的影響未進(jìn)行充分研宄。但是，本發(fā)明的一實(shí)施方式的組合物采用如下構(gòu)成，即，用水溶性高分子覆蓋鍵合于碳納米材料的構(gòu)成離子液體的分子的雙重被覆的構(gòu)成。因此，即使在該構(gòu)成的組合物以觸及生物體的方式使用的情況下，也能夠避免構(gòu)成離子液體的分子觸及生物體。另外，碳納米材料本體(被構(gòu)成離子液體的分子及水溶性高分子覆蓋前的碳納米材料自身)被構(gòu)成離子液體的分子及水溶性高分子雙重覆蓋，因此，即使在該構(gòu)成的組合物以觸及生物體的方式使用的情況下，也能夠避免碳納米材料本體觸及生物體。
[0029]該組合物可以是凝膠狀(失去流動(dòng)性的物質(zhì))或液狀(具有流動(dòng)性的物質(zhì))。另夕卜，也可以一部分是凝膠狀、一部分是液狀。
[0030]分散于水溶性高分子介質(zhì)中的碳納米材料可以是碳納米管。
[0031]另外，可以通過賦予能量(熱、光、電子射線等)將“水溶性高分子介質(zhì)”固化。
[0032]本說明書中“雙重地被覆”是指被構(gòu)成離子液體的分子的層和水溶性高分子的層被覆。對于本發(fā)明的組合物而言，將被離子液體分子的層被覆的碳納米材料、水溶性高分子和水混合，以將水溶性高分子溶解于水的狀態(tài)、即水溶性高分子成為小尺寸而分散的狀態(tài)，覆蓋離子液體分子的層，因此，水溶性高分子也成為層狀而覆蓋。與此相對，在專利文獻(xiàn)I中記載的“包含碳納米管、離子液體和聚合物的凝膠狀組合物的電極層”的情況下，是將碳納米管及離子液體的凝膠和聚合物加熱混合而形成的(實(shí)施例1等)，因此，即使離子液體分子將碳納米管覆蓋為層狀，聚合物也不以層狀(隔著離子液體分子)覆蓋碳納米管。
[0033]另外，本發(fā)明的組合物中，構(gòu)成離子液體的分子及水溶性高分子以層狀覆蓋碳納米材料，因此，碳納米材料能夠被大致均勻厚度的構(gòu)成離子液體的分子的層和大致均勻厚度的水溶性高分子的層被覆。即，與專利文獻(xiàn)I中記載的凝膠狀組合物相比，能夠以分子水平均勻地涂覆以碳納米管為代表的碳納米材料。另外，離子液體的分子牢固鍵合于碳納米材料，因此能夠沒有針孔地進(jìn)行涂覆。
[0034]構(gòu)成離子液體的分子的層的“大致均勻厚度”是指70%以上，優(yōu)選90%以上的構(gòu)成離子液體的分子的層為單分子層。
[0035]另外，水溶性高分子的層的“大致均勻厚度”是指在70%以上，優(yōu)選90%以上的水溶性高分子的層中，厚度的偏差為20nm以下，優(yōu)選為1nm以下，更優(yōu)選為5nm以下。
[0036]通過將親水性離子液體的量調(diào)整為能夠被覆全部的碳納米材料的量，由此，能夠成為碳納米材料首先被離子液體的分子完全覆蓋、并在其上覆蓋水溶性高分子的構(gòu)成。
[0037]隔著離子液體的分子被覆碳納米材料的水溶性高分子和被覆了的碳納米材料所分散的水溶性高分子(介質(zhì))可以是相同種類，也可以是不同種類。該構(gòu)成例如可以通過如下方式得到，即，將被離子液體的分子被覆的碳納米材料、水溶性高分子和水混合，隔著離子液體的分子，用水溶性高分子被覆碳納米材料，接著，將隔著離子液體的分子，被水溶性高分子被覆的碳納米材料、與該水溶性高分子相同種類或不同種類的水溶性高分子、和水混合而得到。
[0038]對于本發(fā)明的一實(shí)施方式的組合物而言，在上述組合物