JP2016083918A - 生体適合性積層体及び生体適合性電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】本件発明の課題は、絶縁性基材の表面に無電解金めっき被膜等の金属被膜を備え、医療デバイスへの応用に適した積層体であって、絶縁性基材と金属被膜との密着が良好であり、金属被膜の形成に関するプロセス全体の生体適合性が高い生体適合性積層体及び生体適合性電子部品を提供することにある。【解決手段】上記課題を解決するため、絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層された生体適合性積層体であって、当該絶縁性基材と当該金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合されたことを特徴とする生体適合性積層体を提供する。【選択図】図4
Description
本件発明は、生体適合性を有する金属被膜を備えた生体適合性積層体及び生体適合性電子部品に関する。
金は美しい色調と、優れた光輝性を有する。このため、古くから金めっきを施した装飾品が用いられてきた。また、金は電気・熱の良導体であり、耐食性が高く、半田付け性にも優れる。このため、各種電子・半導体機器には、接点、端子、コネクタなどの金めっきが施された部品が多く用いられている。さらに、金は化学的安定性が高く、生体適合性が高いことから、金自体は歯冠等の医療用途でも用いられてきた。
ところで、近年の医療デバイスの進展は著しく、種々の医療デバイスが提案されている。例えば、血糖値を測定するためのセンサと、測定値を外部に送信するための送信回路、アンテナ等を埋め込んだコンタクトレンズが提案されている。また、神経細胞が刺激を受けると、神経インパルスと呼ばれる電位が起きる。この神経インパルスなどの生体電気信号を導出するためのマイクロ電極アレイなども提案されている。さらに、このマイクロ電極アレイにより導出した神経インパルスを用いて脳内に伝達する人工視覚システムなどの検討も行われている。この他にも、心臓ペースメーカーや、体内埋込徐細動器などの体内埋込型の刺激電極、血圧や血流等を測定するための体内埋込型のバイオセンサ、薬剤を体内の所定の位置まで運んで投薬するドージング装置、生体識別情報を記憶したマイクロチップなどのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を応用した高度な医療デバイスが提案されている。
本件発明者等はこれらの医療デバイスへの応用を視野に入れ、特許文献1等において、ノーシアン無電解金めっき浴を提案してきた。当該ノーシアン無電解金めっき浴は、従来安定剤として用いられてきたシアン化合物を用いずとも金イオンを浴中に安定に保持することができる。また、シアン化合物等の生体に対して毒性のある薬剤を使用しないため、浴自体の生体適合性が高い。このため、例えば、上記医療デバイスを製造する際の回路形成工程等において、当該ノーシアン無電解金めっき浴を好適に用いることができる。
ところで、MEMS技術を応用した医療デバイスでは、配線幅が数μm、或いはnmオーダーの極めて微細な回路形成が求められる。しかしながら、エッチングにより矩形断面の微細な配線パターンを形成することは困難である。また、エッチング液の多くは生体に対する毒性が強い。このため、医療デバイスを製造する際に、無電解めっき法により基材の表面に回路を形成するには、上述のノーシアン無電解金めっき浴のような生体適合性の高い無電解めっき浴を用いると共に、いわゆるダイレクトめっきにより回路パターンを基材上に形成し、エッチング工程を排除する必要がある。このとき、回路パターンと基材との良好な密着性と共に、矩形断面の回路パターンを基材の表面に精度よく形成することが要求されるのは勿論である。さらに、無電解めっきにより基材上に金属被膜を形成する際には、一般に、パラジウムを触媒として基材表面に付与する。従って、医療デバイスへの応用に際しては、当該触媒付与工程を含めた無電解めっきに関するプロセス全体を生体適合性を有するものとする必要がある。
本件発明の課題は、絶縁性基材の表面に無電解金めっき被膜等の金属被膜を備え、医療デバイスへの応用に適した積層体であって、絶縁性基材と金属被膜との密着が良好であり、金属被膜の形成に関するプロセス全体の生体適合性が高い生体適合性積層体及び生体適合性電子部品を提供することにある。
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の生体適合性積層体を採用することで上記課題を達成するに到った。
本件発明に係る生体適合性積層体は、絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層された生体適合性積層体であって、当該絶縁性基材と当該金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合されたことを特徴とする。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記微細孔又は前記微細溝の開口部が前記密着層の表面に設けられ、当該開口部の開口径又は開口幅が50nm以下であり、前記金属被膜が当該密着層の表面に無電解めっき法により形成されたものであることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記微細孔又は前記微細溝の前記内壁面又は周囲において、前記金属と、当該密着層の構成材料とが化学的に結合していることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記絶縁性基材が樹脂基材であり、前記密着層は、当該樹脂基材を10nm以上120nm以下の深さで表面改質することにより、親水基が導入された表面改質層であることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記表面改質層が、前記樹脂基材の表面に対して、波長が185nmの紫外光をその表面照射量が0.5J/cm2以上5J/cm2以下になるように照射すると共に、波長が254nmの紫外光をその表面照射量が2J/cm2以上40J/cm2以下になるように照射することにより、当該樹脂基材の表面をオゾン雰囲気下で改質することにより形成された層であることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記表面改質層が、当該樹脂基材の表面に対して、波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光をその表面照射量が1J/cm2以上20J/cm2以下となるように照射することにより、当該樹脂基材の表面をオゾンレス雰囲気下で改質することにより形成された層であることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記絶縁性基材が、耐軟化温度又は融点が170℃以上の基材であり、前記密着層が、前記ナノポーラス構造又は前記インターロッキング構造を有する金属酸化物層であることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記金属酸化物層が、生体適合性を有し、且つ、無電解めっき反応の触媒とならない金属と、生体適合性を有し、且つ、無電解めっき反応の触媒となる金属と、を含む有機金属化合物膜を焼成して得られたものであることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記金属被膜が金被膜又は白金被膜であることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記金属被膜が、前記絶縁性基材上に前記密着層を介して線幅100μm以下のパターンで選択的に設けられていることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記絶縁性基材が生体適合性を有することが好ましい。
本件発明に係る生体適合性積層体において、前記金属被膜を無電解めっき法により形成する際に、金触媒又は白金触媒を用いることが好ましい。
本件発明に係る生体適合性電子部品は、上記記載の生体適合性積層体の前記金属被膜を導体層として用いることを特徴とする。
本件発明によれば、絶縁性基材と生体適合性を有する金属からなる金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合されており、絶縁性基材と金属被膜との密着性が良好である。このため、基材の表面に線幅10μm以下のパターンで金属皮膜が選択的に設けられた場合でも両者を良好に密着することができる。また、当該密着層を含めて、金属被膜を形成するためのプロセス全体を生体適合性の高いものとすることができる。従って、本件発明に係る生体適合性積層体及び生体適合性電子部品は医療デバイスの製造材料及び製造部品に好適であり、医療デバイスへの応用が期待できる。
以下、本件発明に係る生体適合性積層体及び生体適合性電子部品の実施の形態を説明する。
1.生体適合性積層体
まず、本件発明に係る生体適合性積層体について説明する。本件発明に係る生体適合性積層体は、MEMS等の微細構造体の製造に適した積層体であって、絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層され、当該絶縁性基材と当該金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とを物理的及び/又は化学的に結合されたことを特徴とする。
まず、本件発明に係る生体適合性積層体について説明する。本件発明に係る生体適合性積層体は、MEMS等の微細構造体の製造に適した積層体であって、絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層され、当該絶縁性基材と当該金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とを物理的及び/又は化学的に結合されたことを特徴とする。
ここで、本件発明において「生体適合性を有する」とは、生体と接触した場合にも毒性やアレルギー反応を示さず、化学的に安定であることを意味するものとする。また、当該積層体が体内に直接埋め込まれて使用される場合、発ガン性・抗原性を有さない等、中長期的にみた場合も生体に対して影響を及ぼさず、生体からの影響も受けないことを意味するものとする。以下、本件発明に係る生体適合性積層体を構成する絶縁性基材、密着層、金属被膜について、順に説明する。
1−1.絶縁性基材
本件発明では絶縁性基材の表面に密着性のよい金属被膜を生体適合性の高いプロセスで形成することを目的としており、絶縁性基材の材質自体には特に制限はないが生体適合性を有する基材であることが好ましい。生体適合性を有する基材であれば、樹脂基材及び無機基材のいずれも好ましく用いることができる。樹脂基材としては、例えば、ポリエステル系樹脂基材(ポリエチレンナフタレート系樹脂基材等)、シリコーン系樹脂基材、ポリカーボネート系樹脂基材、オレフィン系樹脂基材(シクロオレフィン系樹脂基材等)、ポリエーテルケトン系樹脂基材(ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)系樹脂基材)等を用いることができる。また、無機基材としては、例えば、ガラス基材、セラミックス基材、シリコン基材等の無機絶縁材料を用いることができる。なお、樹脂基材において、「ポリエステル系樹脂基材」等は、それぞれ「ポリエステル」等を主成分とする樹脂基材を意味し、必要に応じて他の成分との共重合体、他の成分との混合物であってもよい。なお、上述したとおり、絶縁性基材の材質は特に限定されるものではないが、本件発明に係る生体適合性積層体の利用態様に応じて、要求されるレベルの生体適合性を有することが好ましい。また、生体適合性を有する絶縁性材料で表面が被覆された基材を用いてもよい。
本件発明では絶縁性基材の表面に密着性のよい金属被膜を生体適合性の高いプロセスで形成することを目的としており、絶縁性基材の材質自体には特に制限はないが生体適合性を有する基材であることが好ましい。生体適合性を有する基材であれば、樹脂基材及び無機基材のいずれも好ましく用いることができる。樹脂基材としては、例えば、ポリエステル系樹脂基材(ポリエチレンナフタレート系樹脂基材等)、シリコーン系樹脂基材、ポリカーボネート系樹脂基材、オレフィン系樹脂基材(シクロオレフィン系樹脂基材等)、ポリエーテルケトン系樹脂基材(ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)系樹脂基材)等を用いることができる。また、無機基材としては、例えば、ガラス基材、セラミックス基材、シリコン基材等の無機絶縁材料を用いることができる。なお、樹脂基材において、「ポリエステル系樹脂基材」等は、それぞれ「ポリエステル」等を主成分とする樹脂基材を意味し、必要に応じて他の成分との共重合体、他の成分との混合物であってもよい。なお、上述したとおり、絶縁性基材の材質は特に限定されるものではないが、本件発明に係る生体適合性積層体の利用態様に応じて、要求されるレベルの生体適合性を有することが好ましい。また、生体適合性を有する絶縁性材料で表面が被覆された基材を用いてもよい。
1−2.密着層
本件発明において、密着層は、深さが10nm以上120nm以下の微細孔を備えたナノポーラス構造、又は深さが10nm以上120nm以下の微細溝を備えたインターロッキング構造を有する。この微細孔又は微細溝の内部に金属被膜を構成する金属が包含され、当該構造により絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的に結合されている。このとき、微細孔又は微細溝の内壁面及び周囲が親水性に改質されており、密着層構成材料と当該金属とが化学的に結合していることが好ましい。
本件発明において、密着層は、深さが10nm以上120nm以下の微細孔を備えたナノポーラス構造、又は深さが10nm以上120nm以下の微細溝を備えたインターロッキング構造を有する。この微細孔又は微細溝の内部に金属被膜を構成する金属が包含され、当該構造により絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的に結合されている。このとき、微細孔又は微細溝の内壁面及び周囲が親水性に改質されており、密着層構成材料と当該金属とが化学的に結合していることが好ましい。
ここで、本件発明において、ナノポーラス構造は、層内に微細孔を多数備えた多孔質構造をいうものとする。特に、本件発明において、ナノポーラス構造は、厚み方向に長尺な微細孔が互いに隣接しながら密集した構造を有することが好ましい。
また、本件発明において、インターロッキング構造は、密着層の表面に深さが10nm以上120nm以下の微細溝が形成され、絶縁性基板の表面に微細溝により囲まれた密着層構成材料からなる敷石状の領域を多数備えた構造をいうものとする。微細溝により囲まれた敷石状の領域の最大幅は60nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。当該敷石状の領域の形状は特に限定されるものではない。
これらのナノポーラス構造及びインターロッキング構造において、微細孔又は微細溝の深さは20nm以上であることが好ましい。微細孔又は微細溝の深さが20nm以上になると、密着層の表面積が増大し、より良好なアンカー効果を得ることができる。
また、当該密着層の表面に設けられた微細孔又は当該微細溝の開口部の開口径又は開口幅が60nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。開口径又は開口幅の下限値は特に限定されるものではないが、密着性を担保する上で5nm以上であることが好ましい。このようなnmオーダーの微細孔又は微細溝を設けることにより、絶縁性基材の表面粗さを大きく変化させることなく、密着層の表面積を増大して、アンカー効果により絶縁性基材と金属被膜とを良好に密着させることができる。ここで、絶縁性基材と金属被膜との密着性を向上するために、当該開口部の開口径又は開口幅が当該微細孔又は微細溝の内側における最大内径又は最大溝幅よりも小さいことも好ましい。これにより、より強固なアンカー効果を得ることができる。しかしながら、微細孔又は微細溝の断面形状等はアンカー効果を発揮し得る限り、特に限定されるものではない。
上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層は、絶縁性基材の表面に、後述する表面改質処理を施すこと、又は、金属酸化物の焼結体を形成すること、により形成することができる。絶縁性基材の材質等に応じて、後述する密着層の形成方法を適宜選択することができる。
1−3.金属被膜
次に、金属被膜について説明する。本件発明において、当該金属被膜は生体適合性を有する金属からなるものであれば特に限定されるものではないが、特に、金又は白金であることが好ましく、無電解めっき法により形成された金属被膜であることが好ましい。金又は白金は生体適合性の高い金属であり、且つ、無電解めっき法により金被膜又は白金被膜を密着層の表面に形成することができる。無電解めっき法によれば、スパッタリング装置等の大掛かりな装置を用いることなく、表面形状に応じて所定の膜厚の金属被膜を容易に形成することができる。
次に、金属被膜について説明する。本件発明において、当該金属被膜は生体適合性を有する金属からなるものであれば特に限定されるものではないが、特に、金又は白金であることが好ましく、無電解めっき法により形成された金属被膜であることが好ましい。金又は白金は生体適合性の高い金属であり、且つ、無電解めっき法により金被膜又は白金被膜を密着層の表面に形成することができる。無電解めっき法によれば、スパッタリング装置等の大掛かりな装置を用いることなく、表面形状に応じて所定の膜厚の金属被膜を容易に形成することができる。
本件発明では、当該金属被膜は絶縁性基材上に選択的に設けられることも好ましい。この場合、上記密着層も金属被膜と同様に絶縁性基材上に選択的に設けられることが好ましい。本件発明によれば、金属被膜を線幅が100μm以下の微細な配線パターン状に形成した場合も、ナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層により絶縁性基材に金属被膜を強固に密着させることができる。後述するダイレクトパターンめっき法によれば、10μm以下、5μm以下、1μm以下の超微細配線についても密着性よく、矩形断面の配線パターンを高精細に形成することができる。
2.生体適合性積層体の製造方法
次に、上記生体適合性積層体の製造方法を説明する。上記生体適合性積層体を製造するには、絶縁性基材の表面に密着層を形成する密着層形成工程と、触媒付与工程と、当該密着層の表面に無電解めっき法により金属被膜を形成する無電解めっき工程とに大別することができる。以下、各工程毎に順に説明する。
次に、上記生体適合性積層体の製造方法を説明する。上記生体適合性積層体を製造するには、絶縁性基材の表面に密着層を形成する密着層形成工程と、触媒付与工程と、当該密着層の表面に無電解めっき法により金属被膜を形成する無電解めっき工程とに大別することができる。以下、各工程毎に順に説明する。
2−1.密着層形成工程
密着層形成工程は、絶縁性基材の種類に応じて、いくつかの方法を採用することができる。絶縁性基材が樹脂基材である場合には、当該密着層は、後述する方法で形成した表面改質層であることが好ましい。また、耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材を用いる場合、当該密着層は、後述する方法で形成した金属酸化物層であることが好ましい。以下、密着層が表面改質層である場合と、金属酸化物層である場合とに分けて、それぞれの形成方法等について説明する。
密着層形成工程は、絶縁性基材の種類に応じて、いくつかの方法を採用することができる。絶縁性基材が樹脂基材である場合には、当該密着層は、後述する方法で形成した表面改質層であることが好ましい。また、耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材を用いる場合、当該密着層は、後述する方法で形成した金属酸化物層であることが好ましい。以下、密着層が表面改質層である場合と、金属酸化物層である場合とに分けて、それぞれの形成方法等について説明する。
2−1−1.表面改質層
絶縁性基材が樹脂基材である場合、例えば、樹脂基材の表面に、プラズマ処理(低圧プラズマ処理、ソリューションプラズマ処理等)、オゾン処理(オゾンガス処理、オゾン水溶液処理等)、紫外線照射処理、レーザー表面処理、電子線照射処理、エッチング処理(反応性イオンエッチング処理、化学エッチング処理等)を施して、樹脂基材の表面に深さが10nm以上120nm以下の表面改質層を形成し、この表面改質層を上記密着層とすることができる。
絶縁性基材が樹脂基材である場合、例えば、樹脂基材の表面に、プラズマ処理(低圧プラズマ処理、ソリューションプラズマ処理等)、オゾン処理(オゾンガス処理、オゾン水溶液処理等)、紫外線照射処理、レーザー表面処理、電子線照射処理、エッチング処理(反応性イオンエッチング処理、化学エッチング処理等)を施して、樹脂基材の表面に深さが10nm以上120nm以下の表面改質層を形成し、この表面改質層を上記密着層とすることができる。
本件発明では、上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造を形成することができれば、上記列挙したいずれの方法を採用してもよい。これらの中でも、本件発明では紫外線照射処理等の光改質処理方法により表面処理層を形成することが好ましく、特に、次に説明する第一の表面改質層形成方法、又は、第二の表面改質層形成方法により表面改質層を形成することが好ましい。紫外線照射処理等の光改質処理方法によれば、「所定の波長の光線を所定の照射条件で樹脂基材の表面に照射する」という簡易な手法で、樹脂基材の表面に当該表面改質層を形成することができる。これと同時に、表面改質層を形成する過程において生体に対して毒性を有する薬剤等を使用しないため、当該表面改質層の形成工程を生体適合性の高いプロセスとすることができる。
(1)第一の表面改質層形成方法
第一の表面改質層形成方法は、紫外線照射処理によりオゾン雰囲気下で樹脂基材の表面を改質することにより表面改質層を形成する方法である。具体的には、樹脂基材の表面に対して、波長が185nmの紫外光をその表面照射量が0.5J/cm2以上5J/cm2以下になるように照射すると共に、波長が254nmの紫外光をその表面照射量が2J/cm2以上40J/cm2以下になるように照射する。このとき、雰囲気中の酸素(O2)に波長が185nmの紫外光により、オゾン(O3)が生成する。生成されたオゾン(O3)は、波長が254nmの紫外光により酸素(O2)と活性酸素(O(1D))とに分解される。この活性酸素(O(1D))により樹脂基材の表面が酸化分解されて、上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造が形成される。これと同時に、樹脂基材の表面には水酸基(−OH)、カルボニル基(−CO)、カルボキシル基(−COOH)等の親水基が導入され、樹脂基材の表面が親水性に改質される。その結果、無電解めっき法により樹脂基材の表面に金属被膜を形成したときに、樹脂基材の表面に形成された微細凹凸による物理的なアンカー効果に加えて、これらの親水基と触媒及び/又は金属との化学的な結合力を得ることができる。
第一の表面改質層形成方法は、紫外線照射処理によりオゾン雰囲気下で樹脂基材の表面を改質することにより表面改質層を形成する方法である。具体的には、樹脂基材の表面に対して、波長が185nmの紫外光をその表面照射量が0.5J/cm2以上5J/cm2以下になるように照射すると共に、波長が254nmの紫外光をその表面照射量が2J/cm2以上40J/cm2以下になるように照射する。このとき、雰囲気中の酸素(O2)に波長が185nmの紫外光により、オゾン(O3)が生成する。生成されたオゾン(O3)は、波長が254nmの紫外光により酸素(O2)と活性酸素(O(1D))とに分解される。この活性酸素(O(1D))により樹脂基材の表面が酸化分解されて、上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造が形成される。これと同時に、樹脂基材の表面には水酸基(−OH)、カルボニル基(−CO)、カルボキシル基(−COOH)等の親水基が導入され、樹脂基材の表面が親水性に改質される。その結果、無電解めっき法により樹脂基材の表面に金属被膜を形成したときに、樹脂基材の表面に形成された微細凹凸による物理的なアンカー効果に加えて、これらの親水基と触媒及び/又は金属との化学的な結合力を得ることができる。
ここで、樹脂基材の表面に185nmの紫外光と、254nmの紫外光とを照射するには、低圧水銀灯を光源とすることができる。樹脂基材の表面には、平行光に調整することなく、散乱光を照射することができる。樹脂基材と金属被膜とのより良好な密着性を得るという観点から、波長が185nmの紫外光の表面照射量が1J/cm2以上、波長が254nmの紫外光の表面照射量が5J/cm2以上であることが好ましい。一方、表面照射量が大きくなる程、樹脂基材の表面の改質が進行し、樹脂基材の表面の改質深さが深くなる。改質深さが深くなり過ぎると、表面改質層が脆くなったり、樹脂基材の内部劣化を招く場合もあり、樹脂基材と金属被膜との長期的な密着性が得られなくなる場合がある。当該観点から、波長185nmの紫外光の表面照射量は4.5J/cm2以下であることが好ましく、4J/cm2以下であることがより好ましい。また、同様の理由から波長254nmの紫外光の表面照射量は、35J/cm2以下であることが好ましく、30J/cm2以下であることがより好ましい。
当該第一の表面改質層形成方法は、いずれの樹脂基材にも適用することができるが、特に、シクロオレフィンポリマー等のオレフィン系樹脂基材、シリコーン系樹脂基材等の樹脂基材に適用することが好ましい。これらの樹脂基材に対して、第一の表面改質方法により表面改質を行うことにより、本件発明にいうナノポーラス構造を有する密着層を良好に形成することができる。
(2)第二の表面改質層形成方法
第二の表面改質層形成方法は、紫外線照射処理によりオゾンレス雰囲気下で樹脂基材の表面を改質することにより表面改質層を形成する方法である。具体的には、樹脂基材の表面に対して、波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光をその表面照射量が1J/cm2以上20J/cm2以下となるように照射する。波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光を照射することにより、オゾンレス雰囲気下で樹脂基材の表面を緩やかに改質することができる。その結果、第一の表面改質層形成方法と同様に、樹脂基材の表面に上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造が形成される。また、上記と同様に、樹脂基材の表面には水酸基(−OH)、カルボニル基(−CO)、カルボキシル基(−COOH)等の親水基が導入され、樹脂基材の表面が親水性に改質される。
第二の表面改質層形成方法は、紫外線照射処理によりオゾンレス雰囲気下で樹脂基材の表面を改質することにより表面改質層を形成する方法である。具体的には、樹脂基材の表面に対して、波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光をその表面照射量が1J/cm2以上20J/cm2以下となるように照射する。波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光を照射することにより、オゾンレス雰囲気下で樹脂基材の表面を緩やかに改質することができる。その結果、第一の表面改質層形成方法と同様に、樹脂基材の表面に上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造が形成される。また、上記と同様に、樹脂基材の表面には水酸基(−OH)、カルボニル基(−CO)、カルボキシル基(−COOH)等の親水基が導入され、樹脂基材の表面が親水性に改質される。
樹脂基材の表面に上記波長域内の波長の紫外光を照射するには、超高圧水銀灯、KrF(KrFステッパ)等の光源を使用することができる。また、樹脂基材の表面を十分改質すると共に、より微細孔又は微細溝が密集したナノポーラス構造又はインターロッキング構造を形成すると共に、樹脂基材の過改質又は内部劣化を抑制するという観点から、上記表面照射量は3J/cm2以上15J/cm2以下であることが好ましく、5J/cm2以上10J/cm2以下であることがより好ましい。
第一の表面改質層形成方法では、紫外光照射によりオゾンを生成し、その後発生する反応性の高い活性酸素により樹脂基材の表面を改質するため、ポリエステル系樹脂基材のように、主鎖構造の繰り返し単位内に多重結合(芳香族を含む)を有する樹脂基材に対して、第一の表面改質方法により表面改質を行うと、反応性に富む活性酸素によって多重結合部分の酸化分解反応が進行し、表面が過改質されたり、樹脂基材の内部劣化を招く場合がある。従って、第一の表面改質層形成方法によっては、表面が過改質されたり、内部劣化を招く恐れがある場合には、この第二の表面改質層形成方法により表面改質層を形成することが好ましい。但し、上述したオレフィン系樹脂基材、シリコーン系樹脂基材に対してこの第二の表面改質層形成方法を適用してもよいのは勿論である。この場合、第一の表面改質方法と比較すると第二の表面改質方法はオゾンレス雰囲気下で樹脂基材の表面を紫外光により緩やかに改質するため、紫外光照射時間を長くする必要がある。
(3)改質深さ
上記いずれの方法を採用した場合も、表面の改質深さが10nm以上120nm以下となるように表面照射量を制御する。このとき、樹脂基材と金属被膜との密着性を良好にするという観点から、表面の改質深さは20nm以上であることが好ましい。一方、上記過改質又は内部劣化を抑制するという観点から、表面の改質深さが100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることがより好ましい。なお、表面の改質深さは、微細孔又は微細溝の深さに相当し、密着層の平均厚さは微細孔又は微細溝の平均深さに相当する。
上記いずれの方法を採用した場合も、表面の改質深さが10nm以上120nm以下となるように表面照射量を制御する。このとき、樹脂基材と金属被膜との密着性を良好にするという観点から、表面の改質深さは20nm以上であることが好ましい。一方、上記過改質又は内部劣化を抑制するという観点から、表面の改質深さが100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることがより好ましい。なお、表面の改質深さは、微細孔又は微細溝の深さに相当し、密着層の平均厚さは微細孔又は微細溝の平均深さに相当する。
(4)選択的露光
また、上記いずれの方法を採用した場合も、樹脂基材の表面全面に表面改質層を形成してもよいし、樹脂基材の表面に選択的に表面改質層を形成してもよい。例えば、樹脂基材の表面に、所定のパターンに応じて金属皮膜を選択的に設ける場合等には、当該表面改質層についても金属皮膜のパターン等に応じて選択的に設けることが好ましい。この場合、露光予定領域、すなわち、表面改質領域以外をフォトマスクにより覆う等により、樹脂基材の表面に選択的に紫外光を照射すればよい。樹脂基材の表面に表面改質層を選択的に形成することにより、その後の工程で表面改質層が形成された領域にのみ触媒を付与することでき、ダイレクトパターンめっきを容易に行うことができる。
また、上記いずれの方法を採用した場合も、樹脂基材の表面全面に表面改質層を形成してもよいし、樹脂基材の表面に選択的に表面改質層を形成してもよい。例えば、樹脂基材の表面に、所定のパターンに応じて金属皮膜を選択的に設ける場合等には、当該表面改質層についても金属皮膜のパターン等に応じて選択的に設けることが好ましい。この場合、露光予定領域、すなわち、表面改質領域以外をフォトマスクにより覆う等により、樹脂基材の表面に選択的に紫外光を照射すればよい。樹脂基材の表面に表面改質層を選択的に形成することにより、その後の工程で表面改質層が形成された領域にのみ触媒を付与することでき、ダイレクトパターンめっきを容易に行うことができる。
(5)アルカリ処理
また、上記いずれの方法により樹脂基材の表面を改質した後は、アルカリ処理を施すことが好ましい。樹脂基材の表面を改質すると、樹脂基材の表面には酸化分解により切断された高分子鎖の一部等の有機残留物が存在する。アルカリ処理を施すことにより、樹脂基材の表面を清浄化し、これらの残留物を除去することができる。これと同時に、表面に導入された親水基(−OH、−CO、−COOH)が電離し、樹脂基材の表面の濡れ性がより良好になる。
また、上記いずれの方法により樹脂基材の表面を改質した後は、アルカリ処理を施すことが好ましい。樹脂基材の表面を改質すると、樹脂基材の表面には酸化分解により切断された高分子鎖の一部等の有機残留物が存在する。アルカリ処理を施すことにより、樹脂基材の表面を清浄化し、これらの残留物を除去することができる。これと同時に、表面に導入された親水基(−OH、−CO、−COOH)が電離し、樹脂基材の表面の濡れ性がより良好になる。
アルカリ処理を施す際には、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、アンモニウム塩、炭酸アンモニウム塩、アミン(第一級アミン〜第4級アミン)を0.1M以上5M以下の濃度に調製したアルカリ溶液を用いることが好ましい。例えば、水酸化ナトリウム水溶液等を好適に用いることができる。アルカリ処理後は水洗処理を施すことにより、これらのアルカリ溶液を除去することが好ましい。アルカリ処理を施すことにより、絶縁性基材と金属被膜との密着性をより向上することができる。
2−1−2.金属酸化物層
耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材の場合、密着層を次の方法により形成した金属酸化物層とすることも好ましい。耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材は、無機基材であってもよいし、樹脂基材であってもよい。このような絶縁性基材として、具体的には、ガラス基材、シリコン基材、シリコーン系樹脂基材、ポリカーボネイト系樹脂基材などを挙げることができる。特に、耐軟化温度又は融点が350℃以上の絶縁性基材に対して、当該金属酸化物層を設けることが好ましい。
耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材の場合、密着層を次の方法により形成した金属酸化物層とすることも好ましい。耐軟化温度又は融点が170℃以上の絶縁性基材は、無機基材であってもよいし、樹脂基材であってもよい。このような絶縁性基材として、具体的には、ガラス基材、シリコン基材、シリコーン系樹脂基材、ポリカーボネイト系樹脂基材などを挙げることができる。特に、耐軟化温度又は融点が350℃以上の絶縁性基材に対して、当該金属酸化物層を設けることが好ましい。
金属酸化物層を形成する方法として、例えば、次の方法が挙げられる。次に説明する方法はいずれも金属酸化物層を形成する工程に、焼成工程等の熱処理工程が含まれる。この熱処理工程を経ることにより、上記ナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する金属酸化物層が得られる。また、以下に説明する方法では生体に対して毒性を有する薬剤等を使用しないため、当該金属酸化物層の形成工程を生体適合性の高いプロセスとすることができる。さらに当該金属酸化物層は多孔質セラミックス層であり、生体適合性の高い密着層とすることができる。
(1)第一の金属酸化物層形成方法
第一の金属酸化物層形成方法は、金属酸化物膜形成工程と、焼成工程とを含む。
第一の金属酸化物層形成方法は、金属酸化物膜形成工程と、焼成工程とを含む。
i)金属酸化物膜形成工程
当該工程では、シリコン、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコン及びハフニウムのいずれか一種以上の金属元素を含む金属酸化物膜を形成する。これらはいずれも生体適合性を有する金属である。これら一種以上の金属元素に加えて、無電解めっき反応の触媒となる金及び/又は白金を含むことも好ましい。当該金属酸化物膜を金及び/又は白金を含む膜とすることにより、当該膜中の金及び/又は白金を無電解めっき反応の際に触媒として用いることができる。
当該工程では、シリコン、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコン及びハフニウムのいずれか一種以上の金属元素を含む金属酸化物膜を形成する。これらはいずれも生体適合性を有する金属である。これら一種以上の金属元素に加えて、無電解めっき反応の触媒となる金及び/又は白金を含むことも好ましい。当該金属酸化物膜を金及び/又は白金を含む膜とすることにより、当該膜中の金及び/又は白金を無電解めっき反応の際に触媒として用いることができる。
当該金属酸化物膜は、上記列挙した金属元素を一以上含む金属酸化物膜であればよい。本件発明では、特に、二酸化珪素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)及びこれらの金属酸化物塩のいずれか一種以上を含む膜であることが好ましい。金属酸化物塩としては、例えばナトリウム塩等が好適である。
当該金属酸化物膜の形成方法は特に限定されるものではなく、物理的気相成長法、化学的気相成長法等の各種薄膜形成技術を利用して形成することができる。また、上述の金属酸化物又は金属酸化物塩をオフセット印刷やスクリーン印刷等の印刷法によって金属酸化物膜を形成することも好ましい。このとき、絶縁性基材の表面全面に金属酸化物膜を形成してもよいし、所定のパターンに応じて絶縁性基材の表面に選択的に金属酸化物膜を形成してもよい。絶縁性基材の表面に金属酸化物膜を選択的に形成すれば、当該金属酸化物膜を触媒膜とすることにより、或いは、当該金属酸化物膜にのみ選択的に触媒を付与することで、ダイレクトパターンめっきを容易に行うことができる。
ii)焼成工程
次に、この金属酸化物膜を100℃〜絶縁性基材の耐軟化温度の温度条件下において1分〜200分焼成することにより、金属酸化物焼結体を得ることができる。焼成温度は、基材の材質等に応じて適宜調整することができる。焼成工程を経ることにより、当該金属酸化物焼結体は、微細孔を多数備える多孔質セラミックスとなる。この金属酸化物焼結体が本件発明にいうナノポーラス構造を有する密着層となる。
次に、この金属酸化物膜を100℃〜絶縁性基材の耐軟化温度の温度条件下において1分〜200分焼成することにより、金属酸化物焼結体を得ることができる。焼成温度は、基材の材質等に応じて適宜調整することができる。焼成工程を経ることにより、当該金属酸化物焼結体は、微細孔を多数備える多孔質セラミックスとなる。この金属酸化物焼結体が本件発明にいうナノポーラス構造を有する密着層となる。
(2)第二の金属酸化物層形成方法
第二の金属酸化物層形成方法は、有機金属酸化物膜形成工程と、焼成工程とを含む。
第二の金属酸化物層形成方法は、有機金属酸化物膜形成工程と、焼成工程とを含む。
i)有機金属酸化物膜形成工程
当該工程では、有機金属酸化物膜を形成する。有機金属酸化物を構成する金属として、無電解めっき反応の触媒とならない金属(以下、第一金属(M1))を用いることができる。特に、生体適合性を有する金属であることが好ましい。このようなこの第一金属(M1)として、例えば、シリコン、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコン及びハフニウムのいずれか一種以上を用いることができる。有機金属酸化物は、これらの第一金属(M1)の金属アルコキシドであることが好ましい。
当該工程では、有機金属酸化物膜を形成する。有機金属酸化物を構成する金属として、無電解めっき反応の触媒とならない金属(以下、第一金属(M1))を用いることができる。特に、生体適合性を有する金属であることが好ましい。このようなこの第一金属(M1)として、例えば、シリコン、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコン及びハフニウムのいずれか一種以上を用いることができる。有機金属酸化物は、これらの第一金属(M1)の金属アルコキシドであることが好ましい。
本件発明において、第一金属(M1)は、上記いずれの金属であってもよいが、コスト面を考慮するとシリコン又はチタンであることが好ましく、チタンであることがより好ましい。有機チタン化合物としては、チタンアルコキシドであることが好ましい。チタンアルコキシドとして、具体的には、チタンテトライソプロポキシド、テトラブトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウムなどが挙げられる。また、チタニルビスアセチルアセトネート、ジブトキシチタニウムアセチルアセトネート、イソプロポキシタニウムトリエタノールアミナート等のキレート、チタニウムステアレート、チタニウムオクチレート等の有機酸塩等であってもよい。
有機金属酸化物膜を形成する際には、上記有機金属化合物を含有する有機金属酸化物溶液を調製する。この有機金属酸化物溶液は、上記第一金属(M1)と金属錯体を形成する感光性化合物を含むことが好ましい。このような感光性化合物として、例えば、4−(−2−ニトロベンジルオキシカルボニル)カテコール(NVOC−CAT)、ナフトキノンジアジド化合物(NQD)、β−ジケトン、α−ヒドロキシケトン、1−ヒドロキシクロヘキシルフェニルケトン(HPK)等の特開2011−20769号公報に開示される感光性化合物を挙げることができる。これらの感光性化合物の他、第一金属(M1)と金属錯体を形成する感光性化合物であればいずれも好ましく用いることができる。この場合、後述するとおり、絶縁性基材の表面に密着層を選択的に設けることが容易になる。なお、本件発明において、当該感光性化合物は生体適合性を有する化合物であることが望ましいのは勿論である。
また、本件発明において、有機金属化合物溶液が、無電解めっき反応の触媒となる金属(以下、第二金属(M2)と称する)を含むことも好ましい。当該第二金属(M2)として、上記と同様に、金及び/又は白金を挙げることができる。絶縁性基材の表面に、当該第二金属(M2)を含む有機金属酸化物膜を形成すれば、当該膜中の第二金属(M2)を無電解めっき反応の際に触媒として用いることができる。
以上のように調製した有機金属化合物溶液を、絶縁性基材の表面に、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレーコート法等の各種コート法により塗布し、有機金属化合物膜を製膜する。上記感光性化合物を含む有機金属化合物溶液を用いた場合、塗布膜形成後、フォトマスク等を用いて、有機金属化合物膜に選択的に紫外光を照射する。これにより、紫外光が照射された領域が不溶性から可溶性に変化し、若しくは不溶性から可溶性に変化する。その後、アルカリ性現像液等により現像することで、可溶性領域が除去され、絶縁性基材の表面に所定のパターン状の有機金属化合物膜が製膜される。
ii)焼成工程
焼成工程は、上記と同様に、100℃〜絶縁性基材の耐軟化温度の温度条件下において1分〜200分焼成することにより、有機金属酸化物が熱分解して、金属酸化物焼結体を得ることができる。当該金属酸化物焼結体は、本件発明にいう密着層としての金属酸化物層である。
焼成工程は、上記と同様に、100℃〜絶縁性基材の耐軟化温度の温度条件下において1分〜200分焼成することにより、有機金属酸化物が熱分解して、金属酸化物焼結体を得ることができる。当該金属酸化物焼結体は、本件発明にいう密着層としての金属酸化物層である。
上記いずれの方法で金属酸化物層を形成した場合も、金及び/又は白金を含む金属酸化物層を形成し、その後、必要に応じて還元処理を施すことにより、金属酸化物層内に金及び/又は白金を分散した触媒膜を得ることができる。さらに、金属酸化物層を形成する前後において、表面処理を施し、絶縁性基材と密着層との密着性、或いは密着層と金属皮膜との密着性をより向上させることも好ましい。また、上記いずれの方法で金属酸化物層を形成した場合も、コスト面を考慮すると当該金属酸化物層は二酸化チタンを主成分とする層であることが好ましく、触媒金属(金及び/又は白金)を含む触媒膜であることが好ましい。二酸化珪素を含む触媒膜とすることも好ましい。このような触媒膜として、具体的には、TiO2/Au膜、TiO2/Pt膜、TiO2/Au/Pt膜、TiO2/SiO2/Au膜、TiO2/SiO2/Pt膜、TiO2/SiO2/Au/Pt膜が挙げられる。なお、TiO2/Au膜とは、膜中にTiO2とAuとが混在していることを意味する。他の膜についても同様である。
2−2.触媒付与工程
触媒付与工程では、上記密着層の表面に無電解めっき反応の触媒を付与する。本件発明では、生体適合性を有する金属を触媒として用いる具体的には、金及び/又は白金を触媒として用いる。但し、金属酸化物層を形成する際に、上述のように触媒金属を含有する触媒膜を形成した場合は、当該触媒付与工程(触媒溶液浸漬工程)を省略することができる。
触媒付与工程では、上記密着層の表面に無電解めっき反応の触媒を付与する。本件発明では、生体適合性を有する金属を触媒として用いる具体的には、金及び/又は白金を触媒として用いる。但し、金属酸化物層を形成する際に、上述のように触媒金属を含有する触媒膜を形成した場合は、当該触媒付与工程(触媒溶液浸漬工程)を省略することができる。
触媒付与工程では、金及び/又は白金を含む触媒溶液に上記密着層が形成された絶縁性基材を浸漬する。触媒溶液として、金塩溶液、白金塩溶液、或いは金塩及び白金塩を含む溶液等を用いることができる。触媒金属(金及び/又は白金)の濃度が1ppm以上1000ppm以下になるように調製した触媒溶液に、当該絶縁性基材を1分以上10分以下浸漬した後、適宜、還元処理を施すことにより、密着層の表面に触媒を付与することができる。
各触媒溶液として具体的には次のものを挙げることができる。まず、金塩溶液として、塩化金酸塩溶液、亜硫酸金塩溶液、チオプロニン−金錯体塩溶液等を挙げることができる。これらは、アルカリ金属塩溶液であることが好ましく、特に、塩化金酸ナトリウム溶液、塩化金酸カリウム溶液、亜硫酸金ナトリウム溶液、亜硫酸金カリウム溶液、チオプロニン−金ナトリウム溶液、チオプロニン−金錯体のカリウム塩溶液であることが好ましい。白金塩溶液として、例えば、塩化白金溶液、酸化白金溶液、塩化白金酸塩溶液、テトラクロリド白金酸塩溶液を挙げることができる。塩化白金酸塩溶液、テトラクロリド白金酸塩溶液としては、特に、アルカリ金属塩溶液であることが好ましく、具体的には塩化白金ナトリウム溶液、塩化白金カリウム溶液、テトラクロリド白金酸ナトリウム溶液、テトラクロリド白金酸カリウム溶液であることがより好ましい。その他、ジニトロジアンミン白金溶液、ジクロロテトラアンミン白金溶液等も用いることができる。また、上記列挙した金塩溶液及び白金塩溶液のうちいずれか二種以上を混合して用いることもできる。これらの触媒溶液を密着層の表面に接触させて、金イオン及び/又は白金イオンを密着層の表面に吸着させる。そして、金イオン及び/又は白金イオンを還元すれば、密着層の微細孔又は微細溝の内壁面に吸着した金属触媒(金粒子及び/又は白金粒子)が得られる。これらの触媒溶液を用いる場合、溶液中の触媒金属(金及び/又は白金)の濃度は50ppm以上であることが好ましく、100ppm以上であることがより好ましい。
また、触媒溶液として、金ナノ粒子、白金ナノ粒子、或いは金ナノ粒子及び白金ナノ粒子が分散した触媒金属ナノ粒子分散溶液を用いることができる。このときの溶液中の触媒金属の濃度は、1ppm以上100ppm以下であることが好ましい。当該触媒金属ナノ粒子分散溶液を用いて、触媒付与工程を行う場合、還元処理は不要である。
金ナノ粒子は、粒径1nm以上10nm以下の金粒子を意味する。白金ナノ粒子も同様である。このような触媒金属ナノ粒子分散溶液は、ソリューションプラズマ法等により調製することができる。このとき、これらの金属ナノ粒子を二酸化チタン等の金属酸化物に担持させてもよい。TiO2/Au、TiO2/Ptは強い触媒活性を示す。なお、TiO2/Auは、TiO2にAuナノ粒子を担持させたものを意味する。TiO2/Ptについても同様である。また、必要に応じて、当該触媒金属ナノ粒子分散溶液には、チオプロニン等の金属ナノ粒子と錯体を形成し、且つ、生体適合性を有する錯化剤を添加してもよい。チオプロニンは、金属ナノ粒子と錯体を形成し、当該触媒金属ナノ粒子分散溶液の安定化剤として好適に用いることができる。また、チオプロニンは、医薬品としても用いられており、生体に対する毒性は低い。
金及び/又は白金、或いは、TiO2/Au及び/又はTiO2/Ptは生体適合性が高い。従って、これらを触媒として用いれば、触媒付与工程を生体適合性の高いプロセスとすることができる。
2−3.無電解めっき工程
上記のように触媒付与工程を行った後、必要に応じて活性化処理等を行い、その後、絶縁性基材を無電解めっき浴に浸漬することにより、微細孔又は微細溝の内壁面を含む密着層の表面全面に金属皮膜を形成することができる。ここで、無電解めっき浴として、金イオン及び/又は白金イオンを含む無電解めっき浴を用いる。無電解めっき浴として、例えば、上述した特開2013−157451号報等に記載のノーシアン無電解金めっき浴等の生体適合性を有する無電解金めっき浴を好適に用いることができる。このノーシアン無電解金めっき浴以外にも、シアン等の毒物、重金属、アレルギー反応の原因となる物質を含有しない生体適合性の高い無電解めっき浴を用いることが好ましい。
上記のように触媒付与工程を行った後、必要に応じて活性化処理等を行い、その後、絶縁性基材を無電解めっき浴に浸漬することにより、微細孔又は微細溝の内壁面を含む密着層の表面全面に金属皮膜を形成することができる。ここで、無電解めっき浴として、金イオン及び/又は白金イオンを含む無電解めっき浴を用いる。無電解めっき浴として、例えば、上述した特開2013−157451号報等に記載のノーシアン無電解金めっき浴等の生体適合性を有する無電解金めっき浴を好適に用いることができる。このノーシアン無電解金めっき浴以外にも、シアン等の毒物、重金属、アレルギー反応の原因となる物質を含有しない生体適合性の高い無電解めっき浴を用いることが好ましい。
以上の工程によれば、絶縁性基材と生体適合性を有する金属からなる金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有し、当該絶縁性基材と金属皮膜とが密着層により物理的及び/又は化学的に強固に密着された生体適合性積層体を得ることができる。
2−4.電解めっき工程
無電解めっき工程を行った後、必要に応じて電解めっき工程を行ってもよい。例えば、無電解めっき工程において、絶縁性基材上に金属被膜を所定のパターン状に選択的に設けた場合、電解めっき法により、当該パターン上に金属を高さ方向に異方析出させることが好ましい。高さ方向に異方析出させるとは、電解めっきにより金属を析出させる際の析出速度が幅方向よりも高さ方向(厚み方向)の方が早く、主として高さ方向に金属を析出させることをいうものとする。パターン状に形成された金属被膜の表面に、電解めっきにより金属を異方析出させることにより、絶縁性基材の表面に高精細な配線パターンを所定の厚み以上で精度良く形成することが可能になる。
無電解めっき工程を行った後、必要に応じて電解めっき工程を行ってもよい。例えば、無電解めっき工程において、絶縁性基材上に金属被膜を所定のパターン状に選択的に設けた場合、電解めっき法により、当該パターン上に金属を高さ方向に異方析出させることが好ましい。高さ方向に異方析出させるとは、電解めっきにより金属を析出させる際の析出速度が幅方向よりも高さ方向(厚み方向)の方が早く、主として高さ方向に金属を析出させることをいうものとする。パターン状に形成された金属被膜の表面に、電解めっきにより金属を異方析出させることにより、絶縁性基材の表面に高精細な配線パターンを所定の厚み以上で精度良く形成することが可能になる。
なお、上記においては、コンディショニング処理について特に説明を行わなかったが、アルカリ処理と触媒付与工程との間にコンディショニング処理を行ってもよいのは勿論である。本件発明に係る生体適合性積層体を製造する方法は、上記ナノポーラス構造又は上記インターロッキング構造を有する密着層を介して絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層されており、密着層により絶縁性基材と金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合された本件発明にいう生体適合性積層体を得ることができれば、特に限定されるものではない。但し、水洗等により簡易に除去可能な薬剤を除いて、各工程において使用する薬剤等は生体に対する毒性の低い薬剤等であることが求められ、生体適合性を有する薬剤等であることが好ましい。
3.生体適合性電子部品
次に、本件発明に係る生体適合性電子部品について説明する。本件発明に係る生体適合性電子部品は、上記記載の生体適合性積層体の金属被膜を導体層として用いることを特徴とする。本件発明に係る生体適合性積層体は、生体適合性を有する金属からなる金属被膜を備える。上述のとおり、密着層は、表面改質層又は金属酸化物層とすることができ、いずれの場合も生体適合性の高い層とすることができる。密着層形成工程、触媒付与工程、無電解めっき工程のいずれの工程においても、生体適合性の高いプロセスとすることができる。なお、当該生体適合性積層体の金属被膜を導体層とする生体適合性部品は、当該生体適合性積層体を用いた回路等を備えていればよく、その具体的な形態は特に限定されるものではない。例えば、上述した体内埋込型の刺激電極、血圧や血流等を測定するための体内埋込型のバイオセンサ、薬剤を体内の所定の位置まで運んで投薬するドージング装置、生体識別情報を記憶したマイクロチップなどに応用することが考えられる。これらの医療デバイスは、要求される生体適合性のレベルに応じて、生体適合性材料からなるカプセル内に収容されてもよいのは勿論である。
次に、本件発明に係る生体適合性電子部品について説明する。本件発明に係る生体適合性電子部品は、上記記載の生体適合性積層体の金属被膜を導体層として用いることを特徴とする。本件発明に係る生体適合性積層体は、生体適合性を有する金属からなる金属被膜を備える。上述のとおり、密着層は、表面改質層又は金属酸化物層とすることができ、いずれの場合も生体適合性の高い層とすることができる。密着層形成工程、触媒付与工程、無電解めっき工程のいずれの工程においても、生体適合性の高いプロセスとすることができる。なお、当該生体適合性積層体の金属被膜を導体層とする生体適合性部品は、当該生体適合性積層体を用いた回路等を備えていればよく、その具体的な形態は特に限定されるものではない。例えば、上述した体内埋込型の刺激電極、血圧や血流等を測定するための体内埋込型のバイオセンサ、薬剤を体内の所定の位置まで運んで投薬するドージング装置、生体識別情報を記憶したマイクロチップなどに応用することが考えられる。これらの医療デバイスは、要求される生体適合性のレベルに応じて、生体適合性材料からなるカプセル内に収容されてもよいのは勿論である。
次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であることは勿論である。なお、以下の実施例1〜実施例3では、樹脂基材に対して金被膜を形成し、実施例4及び実施例5ではガラス基材に対して金被膜又は白金被膜を形成した例を挙げた。
実施例1では、絶縁性基材として厚みが50μmの市販のシクロオレフィンポリマーフィルム(日本ゼオン株式会社製Zeinor ZF−16 COP film)、以下、「COPフィルム」と称する。)を用い、このCOPフィルムの表面を改質して密着層を形成し、密着層上に金被膜を形成した。下記実施例1aでは、COPフィルムの表面全面に密着層及び金属被膜を形成した。また、下記実施例1bでは、COPフィルムの表面に選択的に密着層及び金属被膜を形成した。以下、各工程について説明する。
[実施例1a]
(1)密着層形成工程
まず、上記第一の表面改質層形成方法によりCOPフィルム(絶縁性基材10)の表面を改質した(図1(a)参照)。具体的には、光源として低圧水銀灯を用い、光源とCOPフィルムとの間の距離を3cmとした。そして、波長185nmの紫外光と、波長254nmの紫外光とをCOPフィルムの表面に照射した。具体的には、照射強度をそれぞれ、7.5mW/cm2(185nm)、50mW/cm2(254nm)とし、照射時間を5分間とした。これにより、COPフィルムの表面が紫外光と紫外光照射により発生した活性酸素により改質されて、カルボキシル基等の親水基が導入されると共に、表面がナノエッチングされて、微細孔が密集したナノポーラス構造を有する密着層11が得られた。
(1)密着層形成工程
まず、上記第一の表面改質層形成方法によりCOPフィルム(絶縁性基材10)の表面を改質した(図1(a)参照)。具体的には、光源として低圧水銀灯を用い、光源とCOPフィルムとの間の距離を3cmとした。そして、波長185nmの紫外光と、波長254nmの紫外光とをCOPフィルムの表面に照射した。具体的には、照射強度をそれぞれ、7.5mW/cm2(185nm)、50mW/cm2(254nm)とし、照射時間を5分間とした。これにより、COPフィルムの表面が紫外光と紫外光照射により発生した活性酸素により改質されて、カルボキシル基等の親水基が導入されると共に、表面がナノエッチングされて、微細孔が密集したナノポーラス構造を有する密着層11が得られた。
(2)アルカリ処理工程
その後、COPフィルムを水酸化ナトリウム水溶液(濃度:40g/L)に50℃で5分間浸漬し、COPフィルムの表面から、表面改質により生じた残留物を除去した。その後、水洗した。これらの工程を経ることにより、COPフィルムの表面に導入されたカルボキシル基等の親水基が電離してカルボキシレート基(−COO)等になる(図1(b)参照)。
その後、COPフィルムを水酸化ナトリウム水溶液(濃度:40g/L)に50℃で5分間浸漬し、COPフィルムの表面から、表面改質により生じた残留物を除去した。その後、水洗した。これらの工程を経ることにより、COPフィルムの表面に導入されたカルボキシル基等の親水基が電離してカルボキシレート基(−COO)等になる(図1(b)参照)。
(3)触媒付与工程
アルカリ処理後、COPフィルムをチオプロニン−金カリウム塩水溶液(Au濃度:500ppm)に50℃で5分間浸漬し、水洗した。そして、NaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬し、水洗した。当該工程により、微細孔の内壁面を含む密着層11の表面全面に触媒(Au)が付与された(図1(c)参照)。
アルカリ処理後、COPフィルムをチオプロニン−金カリウム塩水溶液(Au濃度:500ppm)に50℃で5分間浸漬し、水洗した。そして、NaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬し、水洗した。当該工程により、微細孔の内壁面を含む密着層11の表面全面に触媒(Au)が付与された(図1(c)参照)。
(4)無電解めっき工程
以下の組成を有する自己触媒性無電解金めっき浴に75℃で180分間浸漬し、水洗した。なお、水酸化カリウムと、硫酸とを適宜添加して当該自己触媒性無電解金めっき浴のpHが「6」になるように調整した。
以下の組成を有する自己触媒性無電解金めっき浴に75℃で180分間浸漬し、水洗した。なお、水酸化カリウムと、硫酸とを適宜添加して当該自己触媒性無電解金めっき浴のpHが「6」になるように調整した。
(自己触媒性無電解金めっき浴組成)
金(チオプロニン−金錯体) : 2 g/L
2-アミノ-5-メルカプト-1,3,4-チアジアゾール : 2 g/L
クエン酸三カリウム・一水和物 :15 g/L
リン酸三カリウム :15 g/L
エチレンジアミン-N,N,N',N'-テトラキスメチレンホスホン酸 : 5 g/L
ポリエチレングリコール(平均分子量:約1000) :0.1g/L
アスコルビン酸 :20 g/L
金(チオプロニン−金錯体) : 2 g/L
2-アミノ-5-メルカプト-1,3,4-チアジアゾール : 2 g/L
クエン酸三カリウム・一水和物 :15 g/L
リン酸三カリウム :15 g/L
エチレンジアミン-N,N,N',N'-テトラキスメチレンホスホン酸 : 5 g/L
ポリエチレングリコール(平均分子量:約1000) :0.1g/L
アスコルビン酸 :20 g/L
当該工程により、COPフィルム上に0.2μmの厚さの金被膜12が形成された(図1(d)参照)。
以上の工程により得られた生体適合性積層体において、JIS K 5600-5-6:2009に準拠してクロスカット試験を行ったところ、剥離は0%であった。また、JIS Z 1522:2009に準拠して粘着テープピール試験を行ったところ、剥離は0%であった。また、図3に当該積層体の断面を表す走査透過型電子顕微鏡像を示す。図3に示すように、COPフィルムと金被膜12との間には、インターロッキング構造を備える密着層12が観察され、当該密着層12の微細孔には金が内包されていることが観察された。なお、図3(a)の一部拡大図が図3(b)である。
[実施例1b]
実施例1bでは、密着層形成工程において、COPフィルム(絶縁性基材10)の表面に密着層11及び金属被膜12を選択的に形成した以外は、実施例1aと同様にして本件発明に係る生体適合性積層体を製造した。以下、実施例1aと異なる点のみ説明する。
実施例1bでは、密着層形成工程において、COPフィルム(絶縁性基材10)の表面に密着層11及び金属被膜12を選択的に形成した以外は、実施例1aと同様にして本件発明に係る生体適合性積層体を製造した。以下、実施例1aと異なる点のみ説明する。
実施例1bでは、実施例1aと同じ低圧水銀灯を用いて、3cmの距離からフォトマスクを介してCOPフィルムの表面に、波長185nmの紫外光と、波長254nmの紫外光とを選択的に照射した(図2(a’)参照)。COPフィルムの表面にフォトマスク20が存在するため、実施例1aと同じ照射強度(7.5mW/cm2(185nm)、50mW/cm2(254nm))でCOPフィルムの表面を選択的に改質するには、紫外光を10分間照射する必要があった。このときのCOPフィルムの改質深さは、20nm〜50nmであった。その後、実施例1aと同様に、アルカリ処理工程(図2(b)’)、触媒付与工程(図2(c)’)、無電解めっき工程(図2(d’)を行い、COPフィルムの表面に0.2μmの厚さのパターン状の金被膜12を形成した。なお、上記第一の表面改質層形成方法により、COPフィルムの表面に選択的に密着層11を形成することにより、COPフィルムの表面には紫外光照射領域にのみ親水基が導入される(図2(b)参照)。そして、触媒付与工程では、この親水基が導入された密着層形成領域にのみ触媒が付与されるため、COPフィルム上には金属被膜12が選択的に形成される(図2(d)参照)。
以上の工程により得られた生体適合性積層体において、JIS Z 1522:2009に準拠して粘着テープピール試験を行ったところ、剥離は0%であった。また、実施例1bで形成し生体適合性積層体の表面を表すレーザー顕微鏡観察像を図4に示す。図4に示すように、COPフィルムの表面には、本件発明にいう密着層11を選択的に形成することにより、図4に示すように、1.6mm×0.3mmの矩形パターン状の微細配線を高精細に形成することができ、矩形断面であることが確認された。
実施例2では、実施例1と同じCOPフィルムを絶縁性基材10として用いて、実施例1aと同様にして、密着層11を形成し、アルカリ処理を施した。その後、ローム・アンド・ハース電子材料株式会社製のコンディショナー液(C/C231)にCOPフィルムを50℃で1分間浸漬し、水洗することにより、コンディショナー処理を行った。次いで、10nm〜40nmの粒径の金ナノ粒子が分散された金ナノ粒子分散溶液(金濃度50ppm)に25℃で5分間浸漬し、水洗することにより触媒付与工程を行った。なお、この金ナノ粒子分散溶液は、Microstructural characterization of gold nanoparticles synthesized by solution plasma processing Nanotechnology 2011, 22(45), 455701.に記載のソリューションプラズマ法により調製した。
その後、実施例1と同じ自己触媒性無電解金めっき浴に75℃で180分間浸漬し、水洗することにより無電解めっき工程を行った。以上の工程により、COPフィルム上に0.2μmの厚さの金被膜12を形成した(図1(d)参照)。
以上の工程により得られた生体適合性積層体において、実施例1と同様にして、クロスカット試験及び粘着テープピール試験を行ったところ、いずれも剥離は0%であった。
実施例3では、市販のポリエチレンナフタレートフィルム(以下、「PENフィルム」(帝人デュポンフィルム株式会社製 Q65HA PEN film)を絶縁性基材10として用い、このPENフィルムの表面を改質して密着層11を形成し、密着層11上に金被膜を形成した。下記実施例3aでは、絶縁性基材10の表面全面に密着層11及び金属被膜12を形成した。また、下記実施例3bでは、絶縁性基材10の表面に選択的に密着層11及び金属被膜12を形成した。以下、各工程について説明する。
[実施例3a]
(1)密着層形成工程
まず、上記第二の表面改質層形成方法により、PENフィルムの表面を改質した。具体的には、光源として超高圧水銀灯(ウシオ社製USH−250−deep光源をウシオ社製マルチライトハウジングに設置したもの)を用い、波長254nmの平行紫外光と、波長310nmの平行紫外光をPENフィルムの表面に照射した。紫外光の照射時間を30分とし、PENフィルムに対する照射強度はそれぞれ5mW/cm2(254nm)、10mW/cm2)とした。これにより、PENフィルムの表面が紫外光により改質されて、カルボキシル基等の親水基が導入されると共に、表面がナノエッチングされ、本件発明にいうナノポーラス構造を有する密着層11が得られた。なお、第二の表面改質層形成方法では、オゾンレス雰囲気下でPENフィルムの表面を改質するため、第一の表面改質層形成方法と比較すると、紫外光の照射時間を長くとる必要がある。
(1)密着層形成工程
まず、上記第二の表面改質層形成方法により、PENフィルムの表面を改質した。具体的には、光源として超高圧水銀灯(ウシオ社製USH−250−deep光源をウシオ社製マルチライトハウジングに設置したもの)を用い、波長254nmの平行紫外光と、波長310nmの平行紫外光をPENフィルムの表面に照射した。紫外光の照射時間を30分とし、PENフィルムに対する照射強度はそれぞれ5mW/cm2(254nm)、10mW/cm2)とした。これにより、PENフィルムの表面が紫外光により改質されて、カルボキシル基等の親水基が導入されると共に、表面がナノエッチングされ、本件発明にいうナノポーラス構造を有する密着層11が得られた。なお、第二の表面改質層形成方法では、オゾンレス雰囲気下でPENフィルムの表面を改質するため、第一の表面改質層形成方法と比較すると、紫外光の照射時間を長くとる必要がある。
(2)アルカリ処理
次に、実施例1と同様に水酸化ナトリウム溶液(濃度:40g/L)に50℃で5分間浸漬し、その後、水洗した。
次に、実施例1と同様に水酸化ナトリウム溶液(濃度:40g/L)に50℃で5分間浸漬し、その後、水洗した。
(3)触媒付与処理
アルカリ処理後、実施例1と同様に、PENフィルムをチオプロニン−金カリウム塩水溶液に50℃で5分間浸漬し、その後水洗した。そして、NaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬し、水洗した。
アルカリ処理後、実施例1と同様に、PENフィルムをチオプロニン−金カリウム塩水溶液に50℃で5分間浸漬し、その後水洗した。そして、NaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬し、水洗した。
(4)無電解めっき工程
実施例1で用いた自己触媒性無電解金めっき浴に、PENフィルムを75℃で180分間浸漬し、水洗した。当該工程により、PENフィルム上に0.2μmの厚さの金被膜12が形成された。
実施例1で用いた自己触媒性無電解金めっき浴に、PENフィルムを75℃で180分間浸漬し、水洗した。当該工程により、PENフィルム上に0.2μmの厚さの金被膜12が形成された。
以上の工程により得られた生体適合性積層体において、実施例1と同様にしてクロスカット試験及び粘着テープピール試験を行ったところ、いずれも剥離は0%であった。また、図7に当該積層体の断面を表す走査透過型電子顕微鏡像を示す。図7に示すように、ガラス基板と金被膜12との間には、ナノポーラス構造を備える密着層12が観察され、当該密着層12の微細孔には金が内包されていることが観察された。
[実施例3b]
実施例3bでは、密着層形成工程において、PENフィルム(絶縁性基材10)の表面にフォトマスク20を介して選択的に紫外光(254nm、310nm)を照射したこと以外は、実施例3aと同様にして、本件発明に係る生体適合性積層体を製造した。PENフィルム上に形成したパターン状の金被膜12の厚さは、実施例3aと同様に0.2μmであった。
実施例3bでは、密着層形成工程において、PENフィルム(絶縁性基材10)の表面にフォトマスク20を介して選択的に紫外光(254nm、310nm)を照射したこと以外は、実施例3aと同様にして、本件発明に係る生体適合性積層体を製造した。PENフィルム上に形成したパターン状の金被膜12の厚さは、実施例3aと同様に0.2μmであった。
実施例1と同様にして粘着テープピール試験を行ったところ、剥離は0%であった。また、実施例3bで形成し生体適合性積層体の表面を表すレーザー顕微鏡観察像を図5に示す。図5に示すように、COPフィルムの表面には、本件発明にいう密着層11を選択的に形成することにより、図5に示すように、1.6mm×0.3mmの矩形パターン状の微細配線を高精細に形成することができ、矩形断面であることが確認された。
実施例4では、絶縁性基材として、厚みが7mmの市販のガラス基材(Shott社製Tempax Float(登録商標))又は市販のシリコン基板(Wafernet社(Wafernet Inc.,San Jose CA)製CA面方位〈100〉,P型,ミラー表面仕上げ)を用いて、本件発明に係る生体適合性積層体を製造した。以下、各工程毎に説明する。
[実施例4a]
(1)密着層形成工程
実施例4aでは、上記ガラス基板(絶縁性基材10(図6(a)参照)の表面に上述した第二の金属酸化物層形成方法により密着層11を選択的に形成した。
(1)密着層形成工程
実施例4aでは、上記ガラス基板(絶縁性基材10(図6(a)参照)の表面に上述した第二の金属酸化物層形成方法により密着層11を選択的に形成した。
i)有機金属酸化物膜形成工程
実施例4aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。なお、以下の有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物(チタンテトライソプロポキシド(Ti(OiPr)4 ):TTIP)と、感光性化合物(NBOC−CAT)と、無電解めっき反応の触媒となる金属(金)とを含むポジ型感光性触媒溶液である。
実施例4aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。なお、以下の有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物(チタンテトライソプロポキシド(Ti(OiPr)4 ):TTIP)と、感光性化合物(NBOC−CAT)と、無電解めっき反応の触媒となる金属(金)とを含むポジ型感光性触媒溶液である。
(有機金属酸化物溶液(ポジ型感光性触媒溶液)組成)
TTIP :53.3mL/L
チオプロニン−金錯体 : 7.12g/L
NBOC−CAT :104.1g/L
乳酸エチル :400 mL/L
γ−ブチロラクトン :100 mL/L
N,N−ジメチルアセトアミド :200 mL/L
N−メチルホルムアミド : 18 mL/L
ホルムアミド :100 mL/L
TTIP :53.3mL/L
チオプロニン−金錯体 : 7.12g/L
NBOC−CAT :104.1g/L
乳酸エチル :400 mL/L
γ−ブチロラクトン :100 mL/L
N,N−ジメチルアセトアミド :200 mL/L
N−メチルホルムアミド : 18 mL/L
ホルムアミド :100 mL/L
上記ガラス基材の表面に、上記有機金属酸化物溶液0.35mLを用い、1000回転でスピンコートし、100度で乾燥することにより、有機金属酸化物膜11a(図6(a)参照)を成膜した。当該有機金属酸化物膜11aはポジ型感光性触媒膜(NBOC−TiAu膜)である。
ii)パターン形成工程
次に、上記有機金属酸化物膜11aの表面にフォトマスク20を介して、平行光超高圧水銀灯(ウシオ社製USH−250−deep光源をウシオ社製マルチライトハウジングに設置したもの)により、310nmの波長の紫外光を照射強度10mW/cm2で20分照射した(図6(b)参照)。表面照射量は1200mJ/cm2である。その後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜11a(図6(c)参照)が得られた。
次に、上記有機金属酸化物膜11aの表面にフォトマスク20を介して、平行光超高圧水銀灯(ウシオ社製USH−250−deep光源をウシオ社製マルチライトハウジングに設置したもの)により、310nmの波長の紫外光を照射強度10mW/cm2で20分照射した(図6(b)参照)。表面照射量は1200mJ/cm2である。その後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜11a(図6(c)参照)が得られた。
iii)焼成工程
その後、500℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物層(TiO2:Au膜)としての密着層11を得た。当該密着層11は、本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
その後、500℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物層(TiO2:Au膜)としての密着層11を得た。当該密着層11は、本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
iv)還元工程
密着層11が形成されたガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。当該工程により、金属酸化物焼結体に含まれる金イオンが還元され、微細孔の内壁面を含む表面全面に触媒(金)が付与された(図6(e)参照)。
密着層11が形成されたガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。当該工程により、金属酸化物焼結体に含まれる金イオンが還元され、微細孔の内壁面を含む表面全面に触媒(金)が付与された(図6(e)参照)。
(2)無電解めっき工程
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板(絶縁性基材10)上に上記密着層11を介して0.2μmの厚さの金皮膜12を形成した。
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板(絶縁性基材10)上に上記密着層11を介して0.2μmの厚さの金皮膜12を形成した。
[実施例4b]
実施例4bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を絶縁性基材10として用いたこと以外は、実施例4aと同様にして、密着層11及び金皮膜12を形成した。
実施例4bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を絶縁性基材10として用いたこと以外は、実施例4aと同様にして、密着層11及び金皮膜12を形成した。
実施例4a及び実施例4bで製造した生体適合性積層体において、実施例1と同様にして粘着テープピール試験を行ったところ、いずれも剥離は0%であった。また、実施例4bで形成し生体適合性積層体の表面を表すレーザー顕微鏡観察像を図8に示す。図8に示すように、ガラス基板の表面には、本件発明にいう密着層11を選択的に形成することにより、図8(a)に示すように、ライン幅及びライン間の間隔(L/S)がそれぞれ10μm、8μm、6μm、4μm、2μmの微細配線を高精細に形成することができ、矩形断面であることが確認された。なお、図8(b)は、図8(a)を拡大したものであり、L/Sが2μmの微細配線部分を示している。
実施例5では、絶縁性基材として、実施例4と同じガラス基材及びシリコン基材を用いて、下記のようにして本件発明に係る生体適合性積層体(実施例5a及び実施例5b)を製造した。以下、各工程毎に説明する。
[実施例5a]
(1)密着層形成工程
実施例5aでは、実施例4aとは異なる有機金属酸化物溶液を用いて、上記第二の金属酸化物層形成方法により上記ガラス基板(絶縁性基材10)の表面に密着層11を選択的に形成した。
(1)密着層形成工程
実施例5aでは、実施例4aとは異なる有機金属酸化物溶液を用いて、上記第二の金属酸化物層形成方法により上記ガラス基板(絶縁性基材10)の表面に密着層11を選択的に形成した。
i)有機金属酸化物膜形成工程
実施例5aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。なお、以下の有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物と、感光性化合物(NBOC−CAT)と、無電解めっき反応の触媒となる金属(白金)とを含むポジ型感光性触媒溶液である。
実施例5aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。なお、以下の有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物と、感光性化合物(NBOC−CAT)と、無電解めっき反応の触媒となる金属(白金)とを含むポジ型感光性触媒溶液である。
(有機金属酸化物溶液(ポジ型感光性触媒溶液)組成)
TTIP : 50.3 mL/L
ジニトロジアミン白金(Pt(NO2)2(NH3)2): 98.4 g/L
NBOC−CAT :104.1 g/L
ペンタエチレンヘキサミン : 7.34mL/L
乳酸 : 6.71mL/L
乳酸エチル :400 mL/L
γ−ブチロラクトン :100 mL/L
N,N−ジメチルアセトアミド :200 mL/L
H2NCONH(CH2)3Si(OMe)3・ : 16.5 mL/L
TTIP : 50.3 mL/L
ジニトロジアミン白金(Pt(NO2)2(NH3)2): 98.4 g/L
NBOC−CAT :104.1 g/L
ペンタエチレンヘキサミン : 7.34mL/L
乳酸 : 6.71mL/L
乳酸エチル :400 mL/L
γ−ブチロラクトン :100 mL/L
N,N−ジメチルアセトアミド :200 mL/L
H2NCONH(CH2)3Si(OMe)3・ : 16.5 mL/L
上記有機金属酸化物溶液を用いたことを除いて、実施例3aと同様にして、上記ガラス基材の表面に、上記有機金属酸化物溶液0.35mLを用い、1000回転でスピンコートし、100度で乾燥することにより、有機金属酸化物膜11a(図6(a)参照)を成膜した。当該有機金属酸化物膜11aはポジ型感光性触媒膜(NBOC−TiPt膜)である。
ii)パターン形成工程
次に、上記有機金属酸化物膜11aの表面にフォトマスク20を介して、実施例4aで用いたのと同じ平行光超高圧水銀灯により、310nmの波長の紫外光を10mW/cm2で15分照射した。表面照射量は900mJ/cm2である。その後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜11aが得られた。
次に、上記有機金属酸化物膜11aの表面にフォトマスク20を介して、実施例4aで用いたのと同じ平行光超高圧水銀灯により、310nmの波長の紫外光を10mW/cm2で15分照射した。表面照射量は900mJ/cm2である。その後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜11aが得られた。
iii)焼成工程
その後、500℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物層(TiO2/Pt膜)としての密着層11を得た。当該密着層11は本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
その後、500℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物層(TiO2/Pt膜)としての密着層11を得た。当該密着層11は本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
iv)還元工程
上記金属酸化物焼結体を備えるガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。当該工程により、金属酸化物焼結体に含まれる白金イオンが還元され、微細孔の内壁面を含む表面全面に触媒(白金)が付与された。
上記金属酸化物焼結体を備えるガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2 g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。当該工程により、金属酸化物焼結体に含まれる白金イオンが還元され、微細孔の内壁面を含む表面全面に触媒(白金)が付与された。
(2)無電解めっき工程
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板上に上記密着層を介して0.2μmの厚さの金皮膜を形成した。
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板上に上記密着層を介して0.2μmの厚さの金皮膜を形成した。
[実施例5b]
実施例5bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を用いたこと以外は、実施例5aと同様にして、密着層及び金皮膜を形成した。
実施例5bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を用いたこと以外は、実施例5aと同様にして、密着層及び金皮膜を形成した。
実施例5a及び実施例5bで製造した生体適合性積層体において、実施例1と同様にして粘着テープピール試験を行ったところ、いずれも剥離は0%であった。
実施例6では、絶縁性基材として、実施例4と同じガラス基材及びシリコン基材を用いて、下記のようにして本件発明に係る生体適合性積層体(実施例6a〜6d)を製造した。以下、各工程毎に説明する。
[実施例6a]
(1)密着層形成工程
実施例6aでは、下記の有機金属酸化物溶液を用いて、上記第二の金属酸化物層形成方法により上記ガラス基板の表面に密着層を選択的に形成した。
(1)密着層形成工程
実施例6aでは、下記の有機金属酸化物溶液を用いて、上記第二の金属酸化物層形成方法により上記ガラス基板の表面に密着層を選択的に形成した。
i)有機金属酸化物膜形成工程
実施例6aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。溶液の調製は次のように行った。まず、エタノールと、n−ブタノールと、乳酸エチルとをそれぞれ下記の量ずつ混合した溶液に下記量のアセトインを溶解させた。この溶液に、TTIPを下記量添加して、70℃で1時間加熱して、有機金属酸化物溶液を得た。なお、当該有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物と、感光性化合物(アセトイン)とを含むネガ型感光性溶液として機能する。
実施例6aでは、下記の組成を有する有機金属酸化物溶液を調製した。溶液の調製は次のように行った。まず、エタノールと、n−ブタノールと、乳酸エチルとをそれぞれ下記の量ずつ混合した溶液に下記量のアセトインを溶解させた。この溶液に、TTIPを下記量添加して、70℃で1時間加熱して、有機金属酸化物溶液を得た。なお、当該有機金属酸化物溶液は無電解めっき反応の触媒とならない金属(チタン)の有機化合物と、感光性化合物(アセトイン)とを含むネガ型感光性溶液として機能する。
(有機金属酸化物溶液(ネガ型感光性溶液)組成)
TTTIP :3.5mL/L
エタノール :25mL
n−ブタノール :10mL
乳酸エチル :5mL/L
アセトイン :2.1mL(24.0mmol)
N,N−ジメチルアセトアミド :200mL/L
TTTIP :3.5mL/L
エタノール :25mL
n−ブタノール :10mL
乳酸エチル :5mL/L
アセトイン :2.1mL(24.0mmol)
N,N−ジメチルアセトアミド :200mL/L
上記ガラス基材の表面に、上記有機金属酸化物溶液0.35mLを用い、1000回転でスピンコートし、130度で乾燥することにより、有機金属酸化物膜を成膜した。当該有機金属酸化物膜はネガ型感光性触媒膜(アセトイン−Ti膜)となる。
ii)パターン形成工程
次に、上記有機金属酸化物膜の表面にフォトマスクを介して、実施例4aで用いたのと同じ平行光超高圧水銀灯により、254nmの波長の紫外光を5mW/cm2、310nmの波長の紫外光を10mW/cm2で、1分照射した。表面照射量は254nmの波長の紫外光が310mJ/cm2である。その後、130℃で10分間の熱処理を行った後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜が得られた。
次に、上記有機金属酸化物膜の表面にフォトマスクを介して、実施例4aで用いたのと同じ平行光超高圧水銀灯により、254nmの波長の紫外光を5mW/cm2、310nmの波長の紫外光を10mW/cm2で、1分照射した。表面照射量は254nmの波長の紫外光が310mJ/cm2である。その後、130℃で10分間の熱処理を行った後、0.25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に30秒間浸漬し、現像した。その結果、ガラス基材の表面に所定のパターンを有する有機金属酸化物膜が得られた。
iii)焼成工程
その後、400℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物焼結体(酸化チタン膜)から成る密着層を得た。当該密着層は、本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
その後、400℃で1時間焼成し、有機金属酸化物を熱分解することにより、ガラス基板上に所定のパターンの金属酸化物焼結体(酸化チタン膜)から成る密着層を得た。当該密着層は、本件発明にいうナノポーラス構造を有する。
iv)還元工程
上記金属酸化物焼結体を備えるガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。
上記金属酸化物焼結体を備えるガラス基板をNaBH4水溶液(濃度:2g/L、溶液温度:50℃)に2分間浸漬した。
(2)無電解めっき工程
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板上に上記密着層を介して0.2μmの厚さの金皮膜を形成した。
その後、実施例1と同様にして、無電解めっき工程を行い、ガラス基板上に上記密着層を介して0.2μmの厚さの金皮膜を形成した。
[実施例6b]
実施例6bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を用いたこと以外は、実施例6aと同様にして、密着層及び金皮膜を形成した。
実施例6bでは、上記ガラス基材に代えて、上述したシリコン基板を用いたこと以外は、実施例6aと同様にして、密着層及び金皮膜を形成した。
[実施例6c]
実施例6cでは、以下の無電解金めっき浴を用いて無電解めっき工程を行ったことを除いて、実施例6aと同様にして積層体を製造した。
実施例6cでは、以下の無電解金めっき浴を用いて無電解めっき工程を行ったことを除いて、実施例6aと同様にして積層体を製造した。
[自己触媒性無電解金めっき浴組成]
NaAuCl4(2H2O) : 4 g/L
クエン酸 : 20 g/L
2−アミノエタンチオール : 2.5g/L
ペンタエチレンヘキサミン : 0.8g/L
ポリエチレングリコール(平均分子量600) : 0.1g/L
2,2’−ビピリジル : 0.1g/L
アスコルビン酸 : 10 g/L
NaAuCl4(2H2O) : 4 g/L
クエン酸 : 20 g/L
2−アミノエタンチオール : 2.5g/L
ペンタエチレンヘキサミン : 0.8g/L
ポリエチレングリコール(平均分子量600) : 0.1g/L
2,2’−ビピリジル : 0.1g/L
アスコルビン酸 : 10 g/L
実施例6a〜実施例6dで製造した生体適合性積層体において、実施例1と同様にして粘着テープピール試験を行ったところ、いずれも剥離は0%であった。
なお、実施例1〜実施例6で用いた自己触媒性無電解金めっき浴、有機金属酸化物溶液は、いずれも各成分濃度を±20%の範囲内で適宜調整可能であり、±10%の範囲内で調整することができる。例えば、上記NaAuCl4(2H2O)は、4g/Lの±20%の濃度とは、3.2g/L〜4.8g/Lの範囲をいい、±10%の濃度とは、3.6g/L〜4.4g/Lの範囲をいう。他の成分についても同様である。
本件発明によれば、絶縁性基材と生体適合性を有する金属からなる金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合されており、絶縁性基材と金属被膜との密着性が良好である。このため、基材の表面に線幅10μm以下のパターンで金属皮膜が選択的に設けられた場合でも両者を良好に密着することができる。また、当該密着層を含めて、金属被膜を形成するためのプロセス全体を生体適合性の高いものとすることができる。従って、本件発明に係る生体適合性積層体及び生体適合性電子部品は医療デバイスの製造材料及び製造部品に好適であり、医療デバイスへの応用が期待できる。
10 絶縁性基材
11 密着層
12 金属皮膜
11 密着層
12 金属皮膜
Claims (13)
- 絶縁性基材と、生体適合性を有する金属からなる金属被膜とが積層された生体適合性積層体であって、
当該絶縁性基材と当該金属被膜との間に、当該金属を内包すると共に、深さが10nm以上120nm以下の微細孔又は微細溝を備えたナノポーラス構造又はインターロッキング構造を有する密着層を備え、
当該密着層により当該絶縁性基材と当該金属被膜とが物理的及び/又は化学的に結合されたこと、
を特徴とする生体適合性積層体。 - 前記密着層の表面に設けられた前記微細孔又は前記微細溝の開口部の開口径又は開口幅が50nm以下であり、
前記金属被膜が当該密着層の表面に無電解めっき法により形成されたものである請求項1に記載の生体適合性積層体。 - 前記微細孔又は前記微細溝の前記内壁面又は周囲において、前記金属と、当該密着層の構成材料とが化学的に結合している請求項1又は請求項2に記載の生体適合性積層体。
- 前記絶縁性基材が樹脂基材であり、
前記密着層は、当該樹脂基材を10nm以上120nm以下の深さで表面改質することにより、親水基が導入された表面改質層である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。 - 前記表面改質層が、前記樹脂基材の表面に対して、波長が185nmの紫外光をその表面照射量が0.5J/cm2以上5J/cm2以下になるように照射すると共に、波長が254nmの紫外光をその表面照射量が2J/cm2以上40J/cm2以下になるように照射することにより、当該樹脂基材の表面をオゾン雰囲気下で改質することにより形成された層である請求項4に記載の生体適合性積層体。
- 前記表面改質層が、前記樹脂基材の表面に対して、波長が200nm以上320nm以下の平行紫外光をその表面照射量が1J/cm2以上20J/cm2以下となるように照射することにより、当該樹脂基材の表面をオゾンレス雰囲気下で改質することにより形成された層である請求項4に記載の生体適合性積層体。
- 前記絶縁性基材が、耐軟化温度又は融点が170℃以上の基材であり、
前記密着層が、前記ナノポーラス構造又は前記インターロッキング構造を有する金属酸化物層である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。 - 前記金属酸化物層が、生体適合性を有し、且つ、無電解めっき反応の触媒とならない金属の有機化合物と、生体適合性を有し、且つ、無電解めっき反応の触媒となる金属と、を含む有機金属酸化物膜を焼成して得られたものである請求項7に記載の生体適合性積層体。
- 前記金属被膜が金被膜又は白金被膜である請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。
- 前記金属被膜が、前記絶縁性基材上に前記密着層を介して線幅100μm以下のパターンで選択的に設けられている請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。
- 前記金属被膜を無電解めっき法により形成する際に、金触媒及び/又は白金触媒を用いる請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。
- 前記絶縁性基材が生体適合性を有する請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の生体適合性積層体。
- 請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の生体適合性積層体の前記金属被膜を導体層として用いることを特徴とする生体適合性電子部品。
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