JP4593160B2 - Bending drive device and micro device - Google Patents

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Description

本発明は、工業分野において検査や補修の際に用いる湾曲駆動装置及びマイクロデバイス、並びに医療分野において検査や治療の際に用いる湾曲駆動装置及びマイクロデバイス、例えば、眼科手術、腹腔内視鏡手術などの医療用チューブ、マイクロサージェリー技術においてピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザーメス、スパチュラ、クリップなどの湾曲駆動装置及びマイクロデバイスに関し、特に、内視鏡やカテーテルに好適な先端部にアクチュエータを備えた医療用チューブに関する。   The present invention relates to a bending drive device and a micro device used for inspection and repair in the industrial field, and a bending drive device and a micro device used for inspection and treatment in the medical field, for example, ophthalmic surgery, laparoscopic surgery, etc. In the medical tube and microsurgery technology, with regard to bending drive devices and microdevices such as tweezers, scissors, forceps, snare, laser knife, spatula, clip, etc. Related to medical tubes.

工業分野において検査や補修の際に用いる湾曲駆動装置及びマイクロデバイス、並びに医療分野において検査や治療の際に用いる湾曲駆動装置及びマイクロデバイスは、近年実用化がなされている。先端部にアクチュエータを備えた医療用チューブは、血管挿入用のカテーテルや内視鏡などとして有用であり、医療用のマイクロデバイスとして広く用いられている。この医療用チューブは、例えば、血管挿入用カテーテルとして用いた場合には、先端部のアクチュエータが血管内部に挿入された後に、前記アクチュエータを変形させて進行方向を選択しながら、血管内を進行していく。また、工業用設備装置やビル内に敷設された配管等の管内検査の際に、先端にセンサーを取付けた湾曲駆動装置を用いて検査することで、配管等を取り外すことなく容易に検査することができる。   In recent years, bending drive devices and microdevices used for inspection and repair in the industrial field and bending drive devices and microdevices used for inspection and treatment in the medical field have been put into practical use. A medical tube provided with an actuator at the tip is useful as a catheter for inserting blood vessels, an endoscope, and the like, and is widely used as a medical microdevice. For example, when this medical tube is used as a blood vessel insertion catheter, the distal end actuator is inserted into the blood vessel, and then the actuator is deformed to select the direction of travel and advance in the blood vessel. To go. In addition, when in-pipe inspection of industrial equipment and pipes laid in a building, it is possible to easily inspect without removing pipes etc. by inspecting using a bending drive with a sensor attached to the tip. Can do.

前記アクチュエータの変形は、アクチュエータが屈曲することが一般的に採用されている。このアクチュエータの変形により、前記アクチュエータは駆動して、湾曲駆動装置及びマイクロデバイスを進行する方向へ導くのである。   For the deformation of the actuator, it is generally adopted that the actuator bends. Due to the deformation of the actuator, the actuator is driven to guide the bending drive device and the micro device in the traveling direction.

屈曲をするアクチュエータを用いた医療用チューブとしては、例えば、イオン交換樹脂膜を挟んだ位置に形成した2つ以上の電極を有するアクチュエータを先端部に備えた医療用チューブや配管調査用若しくは医療用のマイクロデバイスが知られている(特許文献1及び特許文献2)。この医療用チューブは、先端部に備えられたアクチュエータが屈曲の応答速度が速く、低電圧で駆動することから、手術等の施術の作業性が良好である。   As a medical tube using an actuator that bends, for example, a medical tube or an actuator that has two or more electrodes formed at a position sandwiching an ion exchange resin film at the tip thereof, a pipe investigation, or a medical use Are known (Patent Document 1 and Patent Document 2). In this medical tube, the actuator provided at the distal end portion has a high response speed of bending and is driven at a low voltage.

特開平8−10336号公報JP-A-8-10336 特開平11−198069号公報JP-A-11-198069

しかし、このような湾曲駆動装置およびマイクロデバイスは、先端に備えられた前記アクチュエータを構成するイオン交換膜が水を含んで膨潤した状態であるために柔軟であるので、屈曲した際において前記アクチュエータが押圧する力などによりもたらされる外部へ与える力が、大きくない。そのため、障害物が多い状態などにおいては、この装置は、治療部位や修理箇所までの位置に到達するのに時間を要する。すなわち、湾曲駆動装置およびマイクロデバイスにおいては、障害物が多いような状況においても、容易に治療部位や修理箇所までに進行することができるために、アクチュエータが屈曲することにより外部に対して押圧する強い力を発生できることが必要とされている。   However, such a bending drive device and a micro device are flexible because the ion exchange membrane constituting the actuator provided at the tip is in a swollen state containing water. The force given to the outside caused by the pressing force is not large. Therefore, in a state where there are many obstacles, this apparatus takes time to reach the position to the treatment site or the repair site. That is, in the bending drive device and the micro device, even in a situation where there are many obstacles, the actuator can be easily advanced to the treatment site or the repair site, so that the actuator is bent and pressed against the outside. It is necessary to be able to generate a strong force.

本発明は、障害物が多い状況においても、アクチュエータが駆動することにより、目的位置までに到達することができる湾曲駆動装置およびマイクロデバイスを提供することである。   An object of the present invention is to provide a bending drive device and a micro device that can reach a target position by driving an actuator even in a situation where there are many obstacles.

本発明者らは、鋭意検討の結果、先端部にアクチュエータを備えた湾曲駆動装置であって、該アクチュエータが導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備え、該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動する湾曲駆動装置を用いることにより、該アクチュエータが外部に対して押圧する強い力を発生できることを見出した。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have provided a bending drive device having an actuator at the tip, wherein the actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, and the conductive It has been found that a strong force that the actuator presses against the outside can be generated by using a bending drive device that is driven by the actuator by applying a voltage to the polymer layer.

また、本願発明は、前記湾曲駆動装置と同様に、先端部にアクチュエータを備えたマイクロデバイスであって、該アクチュエータが導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備え、該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動するマイクロデバイスである。前記マイクロデバイスは、前記アクチュエータが外部に対して押圧する強い力を発生できる。   Further, the invention of the present application is a microdevice having an actuator at the tip, similarly to the bending drive device, wherein the actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, The microdevice is driven by applying an electric voltage to a conductive polymer layer. The micro device can generate a strong force that the actuator presses against the outside.

本発明の湾曲駆動装置及び/又はマイクロデバイスを用いることにより、該医療用チューブの先端部に用いられるチュエータが屈曲することにより外部に対して押圧する強い力を発生できるので、障害物が多い状態などにおいても容易に操作ができるカテーテルや内視鏡などに用いることができる湾曲駆動装置を提供することができる。   By using the bending drive device and / or the micro device of the present invention, a strong force pressing against the outside can be generated by bending the tutor used at the distal end portion of the medical tube, so there are many obstacles. Therefore, it is possible to provide a bending drive device that can be used for a catheter, an endoscope, and the like that can be easily operated.

本発明は、先端部にアクチュエータを備えた湾曲駆動装置であって、該アクチュエータが導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備え、該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動する湾曲駆動装置である。   The present invention relates to a bending drive device having an actuator at a tip, wherein the actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, and a voltage is applied to the conductive polymer layer. Thus, the bending drive device is driven by the actuator.

本発明の湾曲駆動装置の先端部に備えられるアクチュエータは、導電性高分子層及び導電性高分子層と接する電解質層を備える。前記導電性高分子層は、電解質層と接するので、電圧が印加された際に電解質層に含まれるドーパントが前記導電性高分子層に脱注入されるために、前記導電性高分子層が変位を生じる。前記アクチュエータは、対向する1対の導電性高分子層にそれぞれ正負の電圧が印加されることにより一方が伸長し、他方が収縮することにより、屈曲運動を生じる。   The actuator provided at the tip of the bending drive device of the present invention includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer. Since the conductive polymer layer is in contact with the electrolyte layer, the dopant contained in the electrolyte layer is de-injected into the conductive polymer layer when a voltage is applied, so that the conductive polymer layer is displaced. Produce. One of the actuators expands when a positive and negative voltage is applied to a pair of conductive polymer layers facing each other, and the other contracts to cause a bending motion.

前記アクチュエータは、導電性高分子層及び電解質層を備え、前記導電性高分子と電解質層とが接し、前記導電性高分子に電圧を印加することができれば、構造及び/又は構成が特に限定されるものではない。例えば、図1の構造のように、前記アクチュエータの構成を、可撓性を有する樹脂製チューブの外周上に導電性高分子層を備え、該導電性高分子層上に電解質層を備えることにより、前記アクチュエータは該導電性高分子層に電圧を印加することで屈曲運動をすることができる。ここで、導電性高分子層は少なくとも1対必要で、2対以上設置することが好ましい。前記導電性高分子層が1対の場合は、1方向への屈曲することができる。前記導電性高分子層が2対の場合は2方向(XY方向)への屈曲することができ、さらに、それぞれの電極にかける電圧を制御することにより、さらに複雑な屈曲をさせることができる。なお、前記導電性高分子層と接する電解質層は、前記導電性高分子層と前記電極層との間でイオンの移動が可能である限度で接していれば良い。従って、前記導電性高分子層と前記電極層とは、セパレータを介するなどの構成とすることができ、実質的に接していれば良い。   The actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer, and the structure and / or configuration is particularly limited as long as the conductive polymer and the electrolyte layer are in contact with each other and a voltage can be applied to the conductive polymer. It is not something. For example, as shown in the structure of FIG. 1, the actuator is configured by providing a conductive polymer layer on the outer periphery of a flexible resin tube and providing an electrolyte layer on the conductive polymer layer. The actuator can be bent by applying a voltage to the conductive polymer layer. Here, at least one pair of conductive polymer layers is necessary, and two or more pairs are preferably provided. When the conductive polymer layer is a pair, it can be bent in one direction. When there are two pairs of the conductive polymer layers, they can be bent in two directions (XY directions), and more complicated bending can be achieved by controlling the voltage applied to each electrode. Note that the electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer may be in contact with the conductive polymer layer and the electrode layer as long as ions can move. Therefore, the conductive polymer layer and the electrode layer can be configured such that a separator is interposed between them, as long as they are substantially in contact with each other.

以下、本願発明を図面に基づいて説明するが、本願発明はこれらに限定されるものではない。ここで、図1に示した構造について、さらに詳細に説明する。図1は、本発明の湾曲駆動装置の先端部に備えられるアクチュエータの一実施態様例の断面図である。前記アクチュエータ1は、可撓性を有する樹脂製チューブ2の外面上に導電層3を備え、該導電層上に導電性高分子層141、142、143、144を備え、さらに該導電性高分子層上に電解質層5を備えている円筒状のアクチュエータである。なお、図1のアクチュエータは、中央が空洞であって円筒状であるが、湾曲駆動装置の構造や使用に適した形状とすることが可能であり、円柱状や角柱状等の所望の形状とすることができる。   Hereinafter, although this invention is demonstrated based on drawing, this invention is not limited to these. Here, the structure shown in FIG. 1 will be described in more detail. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an actuator provided at the distal end portion of the bending drive device of the present invention. The actuator 1 includes a conductive layer 3 on the outer surface of a flexible resin tube 2, and includes conductive polymer layers 141, 142, 143, and 144 on the conductive layer, and further includes the conductive polymer. A cylindrical actuator having an electrolyte layer 5 on the layer. The actuator shown in FIG. 1 has a hollow center and a cylindrical shape. However, the actuator shown in FIG. 1 can have a shape suitable for the structure and use of the bending drive device, and can have a desired shape such as a column shape or a prism shape. can do.

図1の構造のアクチュエータを得る方法としては、例えば、次の方法を用いることができる。まず、一般的にカテーテルに用いられる可撓性を有するチューブ2の外表面に4本の導電層3を縦軸方向に沿って設置する。前記導電層の導電性素材及びその設置方法は、導電層上に電解重合法により導電性高分子を形成することができれば、特に限定されるものではない。前記導電層としては、導電層の形成が容易であることから、金や白金などのスパッタリングが特に好適に用いられる。基体樹脂層であるチューブ2上に形成されたこの4本の導電層3を作用電極として用いて、電解重合法により導電層上に導電性高分子層を形成する。ここで、導電層のないチューブ上には導電性高分子が析出しないことが期待されるが、電解重合条件によっては導電層からチューブ上に導電性高分子が成長して電極間を埋めて短絡することがある。その場合には、導電層が形成されていないチューブ上において、マスキング処理、あるいは電極間(導電層間)の導電性高分子を剥離する後処理を用いることによって短絡を防ぐ必要がある。次に、ゲル状の電解質などの電解質で、導電性高分子層の全てを覆い、2対の導電性高分子層を含む医療チューブ用のアクチュエータが得られる。係る方法により、図1の構造のアクチュエータを得ることができる。前記アクチュエータは、前記電解質層に含まれるドーパントイオンが生体中に拡散するのを防止するために、医療用ウレタン樹脂に代表される外装フィルム等の樹脂層により最外層を形成して、シールすることが好ましい。本発明の湾曲駆動装置は、前記アクチュエータを先端部に備えることにより、前記アクチュエータが駆動して、外部に対して押圧する強い力を発生し、障害物が多い状況でも、治療部位や修理箇所までの位置に到達することができる。   As a method for obtaining the actuator having the structure of FIG. 1, for example, the following method can be used. First, the four conductive layers 3 are installed along the vertical axis direction on the outer surface of a flexible tube 2 generally used for a catheter. The conductive material of the conductive layer and the installation method thereof are not particularly limited as long as the conductive polymer can be formed on the conductive layer by electrolytic polymerization. As the conductive layer, sputtering of gold, platinum, or the like is particularly preferably used because the formation of the conductive layer is easy. Using the four conductive layers 3 formed on the tube 2 as the base resin layer as working electrodes, a conductive polymer layer is formed on the conductive layer by an electrolytic polymerization method. Here, it is expected that the conductive polymer does not deposit on the tube without the conductive layer, but depending on the electropolymerization conditions, the conductive polymer grows on the tube from the conductive layer and fills the gap between the electrodes. There are things to do. In that case, it is necessary to prevent a short circuit by using a masking process or a post-process for removing the conductive polymer between electrodes (conductive layers) on a tube in which a conductive layer is not formed. Next, an electrolyte for a medical tube that covers all of the conductive polymer layer with an electrolyte such as a gel electrolyte and includes two pairs of conductive polymer layers is obtained. With this method, the actuator having the structure shown in FIG. 1 can be obtained. In order to prevent the dopant ions contained in the electrolyte layer from diffusing into the living body, the actuator is formed by sealing the outermost layer with a resin layer such as an exterior film typified by medical urethane resin. Is preferred. In the bending drive device of the present invention, by providing the actuator at the tip, the actuator is driven to generate a strong force to press against the outside, and even in a situation where there are many obstacles, even a treatment site or a repair site The position of can be reached.

本発明の湾曲駆動装置は、先端部のアクチュエータにおいて、図1に示す構造のように、前記導電性高分子層と接する導電層を必ずしも備える必要はない。しかし、本発明の湾曲駆動装置に備えられたアクチュエータが、図1に示す構造のように、前記導電性高分子層と接する導電層を含む場合には、該導電層に電圧を印加することにより、導電性高分子層に一定の電圧が均等に印加されるので、導電性高分子層の変形量を容易に調整することができる。そのため、前記アクチュエータの屈曲量を容易に調整することができる。また、前記アクチュエータの最も内側の層を形成するチューブの外面上に導電層が形成されていない場合には、該チューブの外面上に短冊状の導電性高分子膜を設置する必要がある。そのため、図1に示す構造のアクチュエータは、電解重合法により、導電性高分子層を含む複層構造を容易に形成することができる。   The bending drive device of the present invention does not necessarily include a conductive layer in contact with the conductive polymer layer as in the structure shown in FIG. However, when the actuator provided in the bending drive device of the present invention includes a conductive layer in contact with the conductive polymer layer as in the structure shown in FIG. 1, a voltage is applied to the conductive layer. Since a constant voltage is uniformly applied to the conductive polymer layer, the deformation amount of the conductive polymer layer can be easily adjusted. Therefore, the bending amount of the actuator can be easily adjusted. Further, when a conductive layer is not formed on the outer surface of the tube forming the innermost layer of the actuator, it is necessary to install a strip-shaped conductive polymer film on the outer surface of the tube. Therefore, the actuator having the structure shown in FIG. 1 can easily form a multilayer structure including a conductive polymer layer by electrolytic polymerization.

前記アクチュエータは、公知の方法により、図5に示す湾曲駆動装置51のように、案内部材52の先端部に備えることができる。前記アクチュエータ53は、公知の方法によりリード線54、54’を介して電源55と接続されて、医療用チューブとすることができる。案内部材52の内部には、リード線より伝えられた電圧をアクチュエータ53に伝えるための公知の導通層を備えることができる。例えば、上記特開平8−10336号公報及び特開平11−198069号公報に記載されたイオン交換樹脂に金属層が接合されたアクチュエータの替りとして、前記アクチュエータを用いることができる。例えば、図1の構造のアクチュエータにおいて、公知の方法により、リードを介して電源と4つの導電層とを接続させて、導電性高分子層141と142、導電性高分子層143と144が対の電極となるように、各導電性高分子層に電圧を印加することにより、アクチュエータ1は、屈曲運動をすることができる。例えば、導電性高分子層141と142の対に電圧を印加した場合には、アクチュエータは図1のX方向に屈曲する。導電性高分子層143と144の対に電圧を印加した場合には、アクチュエータは図1のY方向に屈曲をする。これらの屈曲運動は組み合わせることが可能であり、アクチュエータ1は、4つの導電性高分子層に印加される電圧を調製し、その変位量を調整することにより、図1のX方向とY方向により形成される平面上のいかなる方向に対しても、アクチュエータを屈曲させることができる。   The actuator can be provided at the distal end portion of the guide member 52 by a known method, like the bending drive device 51 shown in FIG. The actuator 53 can be connected to a power source 55 through lead wires 54 and 54 'by a known method to form a medical tube. A known conductive layer for transmitting a voltage transmitted from the lead wire to the actuator 53 can be provided inside the guide member 52. For example, the actuator can be used in place of the actuator in which a metal layer is bonded to the ion exchange resin described in JP-A-8-10336 and JP-A-11-198069. For example, in the actuator having the structure shown in FIG. 1, a power source and four conductive layers are connected to each other by a known method so that the conductive polymer layers 141 and 142 and the conductive polymer layers 143 and 144 are paired. The actuator 1 can be bent by applying a voltage to each conductive polymer layer so as to be an electrode. For example, when a voltage is applied to the pair of conductive polymer layers 141 and 142, the actuator bends in the X direction in FIG. When a voltage is applied to the pair of conductive polymer layers 143 and 144, the actuator bends in the Y direction in FIG. These bending motions can be combined, and the actuator 1 adjusts the amount of displacement by adjusting the voltages applied to the four conductive polymer layers, so that the X direction and the Y direction in FIG. The actuator can be bent in any direction on the plane to be formed.

図1の構成のアクチュエータにおいて、湾曲駆動装置をカテーテルなどの医療用チューブとして用いる場合には、前記の可撓性を有する樹脂製チューブは、医療用のチューブとして用いることができる公知の樹脂製チューブを用いることができ、例えば、公知のナイロン製カテーテルチューブ(例えば、商品名「BPEA」ゼオンメディカル株式会社製)を用いることができる。   When the bending drive device is used as a medical tube such as a catheter in the actuator having the configuration shown in FIG. 1, the resin tube having flexibility is a known resin tube that can be used as a medical tube. For example, a known nylon catheter tube (for example, trade name “BPEA” manufactured by ZEON MEDICAL CO., LTD.) Can be used.

前記導電性高分子層は、特に限定されるものではないが、製造が簡単であることから電解重合法により得ることができるものが好ましい。また、上記説明においては、図1の構成のアクチュエータを形成する際に、4つの導電層を形成した後に該導電層上に導電性高分子層を形成する方法を説明した。しかし、樹脂製チューブの外面上の全面にスパッタリング等により導電層を形成し、該導電層上に電解重合法により導電性高分子層を形成した後に、レーザー等により絶縁溝を形成することにより、図1に示す構造のアクチュエータを得ることもできる。   The conductive polymer layer is not particularly limited, but is preferably one that can be obtained by an electrolytic polymerization method because it is easy to manufacture. In the above description, the method of forming the conductive polymer layer on the conductive layer after forming the four conductive layers when forming the actuator having the configuration shown in FIG. 1 has been described. However, by forming a conductive layer on the entire outer surface of the resin tube by sputtering or the like and forming a conductive polymer layer on the conductive layer by electrolytic polymerization, an insulating groove is formed by a laser or the like, An actuator having the structure shown in FIG. 1 can also be obtained.

図2は、本発明の湾曲駆動装置の先端部に備えられるアクチュエータの第二の実施態様例の断面図である。図2のアクチュエータ21は、図1の構造において導電性高分子層と電解質層を入れ替えた構造を有し、本質的に図1の構造と同様の機構で屈曲を生じる。図2の構造を得るためには、チューブ22の外表面に電解質層25を設けた後、別途電解重合法により調製した導電性高分子膜24を4本設置して導電性高分子層を形成する。さらに該導電性高分子層上に金、白金などの補助電極として用いることができる導電層23を付す。さらに、図1の構成のアクチュエータと同様に、最外層として外装フィルムでシールすることができる。なお該補助電極は、省略することができるが、導電性高分子層の各部分における印加電圧を一定以上とすることができ、導電性高分子のアクチュエータ性能を充分に発揮させるために設置する方が好ましい。図2の構成のアクチュエータは、図1の構成のアクチュエータと同様に、導電性高分子層の変位により屈曲をすることができ、湾曲駆動装置の先端部に設置されるアクチュエータとして用いることができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment of an actuator provided at the tip of the bending drive device of the present invention. The actuator 21 in FIG. 2 has a structure in which the conductive polymer layer and the electrolyte layer in the structure in FIG. 1 are interchanged, and bends essentially by the same mechanism as in the structure in FIG. In order to obtain the structure of FIG. 2, an electrolyte layer 25 is provided on the outer surface of the tube 22, and then four conductive polymer films 24 prepared separately by electrolytic polymerization are installed to form a conductive polymer layer. To do. Further, a conductive layer 23 that can be used as an auxiliary electrode such as gold or platinum is attached on the conductive polymer layer. Furthermore, like the actuator having the configuration shown in FIG. 1, it can be sealed with an exterior film as the outermost layer. Although the auxiliary electrode can be omitted, the applied voltage in each part of the conductive polymer layer can be set to a certain level or more, and the auxiliary electrode is installed in order to fully exhibit the actuator performance of the conductive polymer. Is preferred. The actuator having the configuration shown in FIG. 2 can be bent by the displacement of the conductive polymer layer in the same manner as the actuator having the configuration shown in FIG. 1, and can be used as an actuator installed at the distal end portion of the bending drive device.

本発明の導電性高分子層は、公知の導電性高分子を用いることができ、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンなどを用いることができる。特に前記導電性高分子として、分子鎖にピロール及び/またはピロール誘導体を含む導電性高分子であることが、製造が容易であり、導電性高分子として安定であるだけではなく、電解伸縮性能に優れているために好ましい。また、前記導電性高分子は、電解伸縮において優れた1酸化還元サイクル当たりの伸縮率を示し、特定時間あたりの変位率をも示すことができるために、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを、ドーパントとして含むことが好ましい。   A known conductive polymer can be used for the conductive polymer layer of the present invention, and polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyphenylene, or the like can be used. In particular, as the conductive polymer, a conductive polymer containing pyrrole and / or a pyrrole derivative in the molecular chain is easy to manufacture and is not only stable as a conductive polymer, but also has an electrolytic stretching performance. It is preferable because of its superiority. In addition, since the conductive polymer exhibits an excellent stretch rate per one redox cycle in electrolytic stretch, and can also exhibit a displacement rate per specific time, trifluoromethanesulfonic acid ions and / or central atoms It is preferable that an anion containing a plurality of fluorine atoms is contained as a dopant.

また、前記導電性高分子層は、電気化学的酸化還元による伸縮性を有する導電性高分子を含み、該導電性高分子が電解重合法により製造された導電性高分子であって、前記電解重合法が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含むことが好ましい。前記導電性高分子層は、電解重合時の作用電極上に形成されることから、フィルム状であることが好ましい。なお、前記電解重合時での前記作用電極は、電解重合に用いることができれば特に限定されるものではなく、ITOガラス電極や金属電極などを用いることができる。ただし、前述した図1の構造を調製する場合には、直接チューブ上に導電層を設置するためチューブの可撓性を損ねない薄層である必要がある。   In addition, the conductive polymer layer includes a conductive polymer having elasticity due to electrochemical oxidation-reduction, and the conductive polymer is a conductive polymer manufactured by an electrolytic polymerization method, The polymerization method includes, as a solvent, an organic compound and / or a halogenated hydrocarbon containing at least one bond or functional group of an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group. It is preferable that an electrolytic solution is used, and the electrolytic solution contains a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom. The conductive polymer layer is preferably in the form of a film because it is formed on the working electrode during electrolytic polymerization. The working electrode in the electrolytic polymerization is not particularly limited as long as it can be used for electrolytic polymerization, and an ITO glass electrode, a metal electrode, or the like can be used. However, when the structure of FIG. 1 described above is prepared, a conductive layer is directly provided on the tube, so that it is necessary to be a thin layer that does not impair the flexibility of the tube.

特に、ドーパントとして、トリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを導電性高分子中に含むことにより、前記アクチュエータにおける導電性高分子層が、従来の導電性高分子の電解伸縮が層幅に垂直な方向に1酸化還元サイクル当たり1%程度までしか得られなかったのに対して、層幅に垂直な方向に、1酸化還元サイクル当たり8%以上、特に10%以上の優れた伸縮率を示すことが可能となった。また、前記導電性高分子が、従来の導電性高分子の発生力である5MPa程度の力を大きく超えて、10MPa以上の力を発生することができるので、アクチュエータが屈曲することにより外部に対してより大きな力を発生でき、前記湾曲駆動装置として最適である。   In particular, as a dopant, the conductive polymer layer in the actuator includes a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom. Electrolytic expansion and contraction of molecules was obtained only up to about 1% per redox cycle in the direction perpendicular to the layer width, whereas 8% or more per redox cycle in the direction perpendicular to the layer width, particularly 10%. %, It was possible to show an excellent stretch rate of at least%. In addition, the conductive polymer can generate a force of 10 MPa or more greatly exceeding the force of about 5 MPa, which is the generation force of the conventional conductive polymer. Therefore, it is possible to generate a larger force and is optimal as the bending drive device.

また、本願発明の導電性高分子層は、電解重合法を用いたポリピロールの製造方法により得られたポリピロールを含む導電性高分子層であって、前記製造方法が、電解重合法に用いられる電解液がピロール及び/又はピロール誘導体をモノマー成分として含み、前記電解液が芳香族エステルを溶媒として含み、前記電解液が過塩素酸イオンを含むポリピロールの製造方法であることが好ましい。前記ポリピロール膜は、電解伸縮による最大の伸縮率として、1酸化還元当たりの伸縮率が10%以上の伸縮をすることができ、しかも引張り強度が60MPa以上である。そのため、前記導電性高分子層に前記ポリピロール膜を含むアクチュエータは、障害物が多い状態においても大きな屈曲と耐久性を発揮することができるので、好ましい。   The conductive polymer layer of the present invention is a conductive polymer layer containing polypyrrole obtained by a method for producing polypyrrole using an electropolymerization method, and the production method is an electrolysis method used for an electropolymerization method. It is preferable that the liquid contains pyrrole and / or a pyrrole derivative as a monomer component, the electrolytic solution contains an aromatic ester as a solvent, and the electrolytic solution is a method for producing polypyrrole containing perchlorate ions. The polypyrrole film can expand and contract at a rate of expansion / reduction per oxidation-reduction of 10% or more as a maximum expansion / contraction rate by electrolytic expansion / contraction, and has a tensile strength of 60 MPa or more. Therefore, an actuator including the polypyrrole film in the conductive polymer layer is preferable because it can exhibit large bending and durability even in a state where there are many obstacles.

前記電解質は、特に限定されるものではなく、液状であってもよく、固体電解質でもよい。前記電解質が液状である場合には、水溶媒であっても、有機溶媒であっても良いが、毒性が低く揮発する速度が比較的遅いために取り扱いが容易であり、大きな伸縮を得ることができるため、水溶媒であることが好ましい。前記電解液が固体電解質である場合には、ゲル高分子電解質であっても完全固体高分子電解質であってもよいが、電解質中のイオン伝導度が大きいためにゲル高分子電解質が好ましい。前記ゲル高分子電解質に用いるゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、寒天などを用いることが、水溶液電解質と複合させ、容易にゲル高分子電解質を調製できるので好ましい。前記電解質は、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオン及び炭素数3以下のスルホン酸塩からなる群より少なくとも1以上選ばれた化合物を含む電解質とすることが、アクチュエータが1酸化還元サイクル当たりのさらに大きな伸縮を生じることが可能となるので、好ましい。   The electrolyte is not particularly limited, and may be a liquid or a solid electrolyte. When the electrolyte is in a liquid state, it may be an aqueous solvent or an organic solvent, but it is easy to handle because it is low in toxicity and has a relatively low volatilization rate, and can be greatly stretched. Since it can do, it is preferable that it is a water solvent. When the electrolytic solution is a solid electrolyte, it may be a gel polymer electrolyte or a completely solid polymer electrolyte, but a gel polymer electrolyte is preferred because of its high ionic conductivity in the electrolyte. As the gel used for the gel polymer electrolyte, polyacrylamide, polyethylene glycol, agar or the like is preferably used because it can be easily combined with an aqueous electrolyte to prepare a gel polymer electrolyte. It is preferable that the electrolyte is an electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate ions, anions containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom, and sulfonates having 3 or less carbon atoms. Is preferable because it can cause further expansion and contraction per one oxidation-reduction cycle.

また、前記電解質は、ドーパントイオンを含むイオン交換樹脂であっても良い。無電解メッキ法により形成された金属層を備えたイオン交換樹脂を前記電解質に用いた場合には、金属層が形成されている面と反対側の面においてイオン交換樹脂表面と導電性高分子層とが接することで、金属層が対向電極となる。つまり、金属層を備えたイオン交換樹脂を用いることで、対向電極を容易に形成することができる。また、無電解メッキ法により金属層が形成されたイオン交換樹脂を前記電解質に用いたアクチュエータは、対向電極を容易に形成する製造性の観点から、好適である。   The electrolyte may be an ion exchange resin containing dopant ions. When an ion exchange resin having a metal layer formed by an electroless plating method is used for the electrolyte, the surface of the ion exchange resin and the conductive polymer layer on the surface opposite to the surface on which the metal layer is formed. And the metal layer becomes a counter electrode. That is, the counter electrode can be easily formed by using an ion exchange resin provided with a metal layer. An actuator using an ion exchange resin having a metal layer formed by electroless plating as the electrolyte is preferable from the viewpoint of manufacturability for easily forming the counter electrode.

前記アクチュエータは、従来の導電性高分子が駆動することにより作動するアクチュエータと同様に、導電性高分子層に電圧を印加されることにより駆動をするために、対向電極を備える。図1の構造においては、導電層が対極として機能することができる。前記対向電極としては、可撓性を有し、電極として用いることができる導電性材料で形成されているものであれば、形状が特に限定されるものではない。前記形状は、棒状、線状、膜状及び板状であっても良い。前記対向電極は、図1の構造のように、導電層としてアクチュエータの積層構造を構成しても良い。また、前記対極の材質は、特に限定されるものではなく、種類として金、白金等の貴金属を含む金属であっても良く、導電性樹脂やITOガラス等の導電性非金属であっても良い。前記対極の材質は、腐食しにくくて加工が容易なことから貴金属であることが好ましく、白金または金であることがより好ましい。また、前記電解質層中のドーパントイオンが導電性高分子層に脱注入されることから、前記対向電極は、前記電解質層上に形成され、前記導電性高分子と短絡を生じないように、実質的に接していないことが好ましい。   The actuator includes a counter electrode in order to be driven when a voltage is applied to the conductive polymer layer, similarly to an actuator that operates when the conventional conductive polymer is driven. In the structure of FIG. 1, the conductive layer can function as a counter electrode. The shape of the counter electrode is not particularly limited as long as it is made of a conductive material that has flexibility and can be used as an electrode. The shape may be a rod shape, a line shape, a film shape, or a plate shape. The counter electrode may constitute a stacked structure of actuators as a conductive layer, as in the structure of FIG. Moreover, the material of the said counter electrode is not specifically limited, The metal containing noble metals, such as gold | metal | money and platinum, may be sufficient as a kind, and electroconductive nonmetals, such as conductive resin and ITO glass, may be sufficient as it. . The counter electrode material is preferably a noble metal, more preferably platinum or gold, because it is difficult to corrode and is easily processed. In addition, since the dopant ions in the electrolyte layer are de-injected into the conductive polymer layer, the counter electrode is formed on the electrolyte layer and is not substantially short-circuited with the conductive polymer. It is preferable not to touch.

また、本発明の湾曲駆動装置の先端部に備えられるアクチュエータは、上記図1及び図2の構成以外にも、図3及び図4の構成のアクチュエータを用いることができる。図3は、本発明の医療用チューブの先端部に備えられるアクチュエータの第三の実施態様例の断面図である。図3の構成のアクチュエータ31は、可撓性を有する樹脂製チューブ32の外面上に導電層33を備え、該導電層上に導電性高分子層34を備え、該導電性高分子層上に金属層36を備えた電解質層35が形成された複層構造を有するアクチュエータである。図4は、本発明の医療用チューブの先端部に備えられるアクチュエータの第四の実施態様例の断面図である。図4のアクチュエータ41は、可撓性を有する樹脂製チューブ42の外面上に、金属層46上に電解質層45を備えたが複層体が形成され、該電解質層上に導電性高分子層44が形成され、さらに該導電性高分子層上に導電層43が形成されたアクチュエータである。   In addition to the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the actuator having the configuration shown in FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment of an actuator provided at the distal end portion of the medical tube of the present invention. 3 includes a conductive layer 33 on the outer surface of a flexible resin tube 32, a conductive polymer layer 34 on the conductive layer, and the conductive polymer layer 34 on the conductive polymer layer. This is an actuator having a multilayer structure in which an electrolyte layer 35 including a metal layer 36 is formed. FIG. 4 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of an actuator provided at the distal end portion of the medical tube of the present invention. The actuator 41 shown in FIG. 4 includes an electrolyte layer 45 on a metal layer 46 on the outer surface of a flexible resin tube 42, but a multi-layer body is formed, and a conductive polymer layer is formed on the electrolyte layer. 44 is an actuator in which a conductive layer 43 is formed on the conductive polymer layer.

図3の構造のアクチュエータの場合、4本の導電性高分子層34は、導電層23と金属層36を対の電極とすることができるので、それぞれ独立して伸縮させることが可能であるが、カテーテルとして屈曲させるためには、対向した1対の導電性高分子層の一方が伸長し、他方が収縮するように電圧をかける必要がある。なお、図4の構造は、図3の構造の導電性高分子層とイオン交換樹脂層とを入れ替えた構造である。そのため、図4のアクチュエータは、本質的に図3のアクチュエータと同様の動作をする。また、図3及び図4の構成のアクチュエータは、図1の構成のアクチュエータと同様に、ウレタンゴム等の可撓性を有する樹脂で被覆することが好ましい。   In the case of the actuator having the structure shown in FIG. 3, the four conductive polymer layers 34 can be expanded and contracted independently because the conductive layer 23 and the metal layer 36 can be used as a pair of electrodes. In order to bend as a catheter, it is necessary to apply a voltage so that one of the pair of conductive polymer layers facing each other extends and the other contracts. The structure of FIG. 4 is a structure in which the conductive polymer layer and the ion exchange resin layer of the structure of FIG. 3 are interchanged. Therefore, the actuator of FIG. 4 operates essentially the same as the actuator of FIG. 3 and 4 is preferably covered with a flexible resin such as urethane rubber, similarly to the actuator shown in FIG.

また、図3及び図4の構成のアクチュエータは、前記導電性高分子層と接する導電層を備えることが好ましい。前記導電性高分子層に導電層が接することにより、前記導電層に電圧を印加することで、前記導電性高分子層に容易に電圧を印加することができるがその理由である。前記アクチュエータが可撓性を有するチューブからなる基体樹脂層を備え、その基体樹脂層上に導電性高分子層を備える場合には、前記基体樹脂層上に導電層を形成し、その導電層を電解重合における作用電極とすることにより、前記導電性高分子層が導電層と接した状態である前記アクチュエータを簡便な方法で得ることができる。なお、この場合、前記アクチュエータが、前記導電層と前記電解質層との間に前記導電性高分子層を含む積層構造を備える構造となる。   3 and 4 preferably includes a conductive layer in contact with the conductive polymer layer. This is because a voltage can be easily applied to the conductive polymer layer by applying a voltage to the conductive layer when the conductive layer is in contact with the conductive polymer layer. When the actuator includes a base resin layer made of a flexible tube and a conductive polymer layer on the base resin layer, a conductive layer is formed on the base resin layer, and the conductive layer is By using the working electrode in electrolytic polymerization, the actuator in which the conductive polymer layer is in contact with the conductive layer can be obtained by a simple method. In this case, the actuator has a structure including a laminated structure including the conductive polymer layer between the conductive layer and the electrolyte layer.

本発明の湾曲駆動装置に用いられるアクチュエータは、筒状または柱状の基体樹脂層上に、導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備えた構造とすることができる。筒状または柱状の基体樹脂層上に、導電性高分子層を備えることにより、導電性高分子層が駆動に充分な厚さよりも厚くしなくても、カテーテルの先端部として必要な大きさのアクチュエータとすることができるからである。   The actuator used in the bending drive device of the present invention can have a structure in which a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer are provided on a cylindrical or columnar base resin layer. By providing the conductive polymer layer on the cylindrical or columnar base resin layer, the size of the catheter as the distal end of the catheter can be obtained even if the conductive polymer layer is not thicker than the thickness sufficient for driving. It is because it can be set as an actuator.

前記基体樹脂層は、筒状または柱状の形状をしていれば、円筒状、円柱状、角柱状などの形状でもよい。また前記基体樹脂層は、前記湾曲駆動装置を医療用チューブであるカテーテルとして用いる場合には、先端部より薬剤を放出する必要性から、内側が中空状である筒状体で構成されていることが好ましい。また、前記基体樹脂層は、前記湾曲駆動装置の先端部にCCDカメラ等の装置を取付ける場合には、柱状体で構成されていることが好ましい。   As long as the base resin layer has a cylindrical or columnar shape, it may have a cylindrical shape, a columnar shape, a prismatic shape, or the like. In addition, when the bending drive device is used as a catheter that is a medical tube, the base resin layer is formed of a cylindrical body that is hollow on the inside because of the need to release a drug from the tip. Is preferred. The base resin layer is preferably formed of a columnar body when a device such as a CCD camera is attached to the tip of the bending drive device.

本発明のアクチュエータが、前記基体樹脂層上に前記導電層と前記電解質層との間に前記導電性高分子層を含む積層構造を備える場合には、前記積層構造が前記基体樹脂層上に単独で設けられることが好ましい。前記積層構造が前記基体樹脂層上に単独で設けられる場合には、左右等の1方向にアクチュエータを屈曲させることができる。前記アクチュエータが、前記湾曲駆動装置をカテーテルや内視鏡などの医療用チューブに用いる場合など、上下左右など複数方向に屈曲させて、医療チューブの進行方向を複数方向に導くアクチュエータである際には、前記基体樹脂層上に前記積層構造を備えた部分を実質的に絶縁された状態で複数備えることが好ましい。前記積層構造を備えた部分を前記基体樹脂層上に備えたアクチュエータを得るには、例えば、前記基体樹脂層として可撓性を有する円筒状体を用い、前記円筒状体の外側面の全面に前記積層構造を形成し、前記円筒状体の長さ方向に沿ってレーザーにより前記積層構造を切除することで、形成することができる。   In the case where the actuator of the present invention includes a laminated structure including the conductive polymer layer between the conductive layer and the electrolyte layer on the base resin layer, the multilayer structure is provided alone on the base resin layer. Is preferably provided. When the laminated structure is provided alone on the base resin layer, the actuator can be bent in one direction such as left and right. When the actuator is an actuator that guides the traveling direction of the medical tube in a plurality of directions by bending it in a plurality of directions such as up, down, left and right, such as when the bending driving device is used for a medical tube such as a catheter or an endoscope. It is preferable that a plurality of portions having the laminated structure are provided on the base resin layer in a substantially insulated state. In order to obtain an actuator provided with a portion having the laminated structure on the base resin layer, for example, a flexible cylindrical body is used as the base resin layer, and the entire outer surface of the cylindrical body is used. The laminated structure can be formed by cutting the laminated structure with a laser along the length direction of the cylindrical body.

前記基体樹脂層上に形成された前記積層構造を含む部分は、前記アクチュエータの長さ方向に沿って4つ以上設けられていることが好ましい。このような構造により、前記積層構造部分の導電性高分子層に電圧を印加することにより、上下左右など複数方向に容易に屈曲させることができる。   It is preferable that four or more portions including the laminated structure formed on the base resin layer are provided along the length direction of the actuator. With such a structure, it is possible to easily bend in a plurality of directions such as up, down, left, and right by applying a voltage to the conductive polymer layer of the laminated structure portion.

また、本発明の湾曲駆動装置は、前記導電性高分子層が実質的に前記アクチュエータの外部に露出していないことが好ましい。前記導電性高分子が外部に露出した場合には、導電性高分子中のドーパントイオンが外部に流出することとなり、アクチュエータの屈曲量や発生力が低下するだけでなく、前記ドーパントイオンが人体に影響を与えることが懸念されるからである。前記導電性高分子層を前記アクチュエータの実質的に外部に露出させない方法としては、前記アクチュエータと外部とが接する面を、可撓性を有する樹脂で被覆する方法があげられる。なお、前記樹脂としては、可撓性を有する樹脂であれば、特に限定されるものではなく、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、シリコンゴム等を用いることができる。   In the bending drive device of the present invention, it is preferable that the conductive polymer layer is not substantially exposed to the outside of the actuator. When the conductive polymer is exposed to the outside, dopant ions in the conductive polymer flow out to the outside, and not only the bending amount and generated force of the actuator are reduced, but also the dopant ions are transferred to the human body. This is because there is a concern about the influence. An example of a method for preventing the conductive polymer layer from being substantially exposed to the outside of the actuator is a method of covering a surface where the actuator and the outside are in contact with a flexible resin. The resin is not particularly limited as long as it is a flexible resin, and silicon resin, urethane resin, silicon rubber, or the like can be used.

また、本発明の湾曲駆動装置の先端部に備えられるアクチュエータは、前記導電性高分子層が導電性高分子を含む円筒体により形成され、前記円筒体が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体であるアクチュエータとすることが好ましい。前記導電性高分子層が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体である場合には、前記導電性高分子層に電圧を印加する際に、前記導電性基体に通電することにより、前記導電性高分子層に充分な電圧を容易に印加することができるからである。   Further, in the actuator provided at the distal end portion of the bending drive device of the present invention, the conductive polymer layer is formed of a cylindrical body containing a conductive polymer, and the cylindrical body is a conductive polymer having elasticity with the conductive polymer. The actuator is preferably a composite structure with a conductive substrate. When the conductive polymer layer is a composite structure of a conductive polymer and a stretchable conductive substrate, the conductive substrate is energized when a voltage is applied to the conductive polymer layer. This is because a sufficient voltage can be easily applied to the conductive polymer layer.

前記導電性高分子層が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体である場合において、前記複合構造体が円筒体であることにより、前記円筒体の内側の空洞部に電解質及び対向電極を備えた構造にすることで、容易にアクチュエータとしての構造を形成することができる。また、前記円筒体の内側の空洞部に電解質及び対向電極を備えた構造にする場合には、前記円筒体の内側面に不織布等のセパレータを設置すること、若しくは不織布等のセパレータを対向電極の外周に設置することが好ましい。このような構造とすることで、容易に前記対向電極と前記導電性高分子層との短絡を防ぐことができるからである。なお、前記複合構造体である円筒体は、金属バネ等のコイル状導電性基体を作用極とした電解重合法を用いる導電性高分子の製造方法により、得ることができる。   In the case where the conductive polymer layer is a composite structure of a conductive polymer and a conductive substrate having elasticity, the composite structure is a cylindrical body, so that the cavity inside the cylindrical body is formed. By adopting a structure including an electrolyte and a counter electrode, a structure as an actuator can be easily formed. In addition, in the case where a structure including an electrolyte and a counter electrode is provided in the hollow portion inside the cylindrical body, a separator such as a nonwoven fabric is installed on the inner surface of the cylindrical body, or a separator such as a nonwoven fabric is attached to the counter electrode. It is preferable to install on the outer periphery. This is because such a structure can easily prevent a short circuit between the counter electrode and the conductive polymer layer. In addition, the cylindrical body which is the said composite structure can be obtained with the manufacturing method of the electroconductive polymer using the electrolytic polymerization method which used the coiled electroconductive bases, such as a metal spring, as a working electrode.

本願発明は、先端部にアクチュエータを備えたマイクロデバイスであって、該アクチュエータが導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備え、該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動することを特徴とするマイクロデバイスでもある。前記マイクロデバイスは、上記の湾曲駆動装置と同様の構成をとることにより、該アクチュエータが外部に対して押圧する強い力を発生でき、障害物が多いような状況においても、容易に治療部位や修理箇所までに進行することができる。   The present invention relates to a micro device having an actuator at a tip, wherein the actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, and a voltage is applied to the conductive polymer layer. Thus, the actuator is driven by the micro device. The micro device has the same configuration as the above-described bending drive device, so that the actuator can generate a strong force to press against the outside, and even in situations where there are many obstacles, the treatment site or repair can be easily performed. You can progress to the point.

第1図から第4図までのアクチュエータ及び医療用チューブの構成は、本願発明であるマイクロデバイス及びマイクロデバイスを用いた医療用チューブの構成として用いることができる。   The configuration of the actuator and the medical tube from FIG. 1 to FIG. 4 can be used as the configuration of the microdevice and the medical tube using the microdevice according to the present invention.

前記マイクロデバイスは、前記湾曲駆動装置と同様に、前記導電性高分子層と接する導電層を備えることが好ましい。前記導電性高分子層に導電層が接することにより、前記導電層に電圧を印加することにより、前記導電性高分子層に容易に電圧を印加することができるからである。   The micro device preferably includes a conductive layer in contact with the conductive polymer layer, similarly to the bending driving device. This is because when the conductive layer is in contact with the conductive polymer layer, a voltage can be easily applied to the conductive polymer layer by applying a voltage to the conductive layer.

前記マイクロデバイスは、上記の湾曲駆動装置と同様に、前記アクチュエータが、筒状または柱状の基体樹脂層上に、導電性高分子層及び該導電性高分子層と接する電解質層を備えた構造とすることができる。筒状または柱状の基体樹脂層上に、導電性高分子層を備えることにより、導電性高分子層が駆動に充分な厚さよりも厚くしなくても、カテーテルの先端部として必要な大きさのアクチュエータとすることができるからである。   The microdevice has a structure in which the actuator includes a conductive polymer layer and an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer on a cylindrical or columnar base resin layer, similarly to the bending drive device. can do. By providing the conductive polymer layer on the cylindrical or columnar base resin layer, the size of the catheter as the distal end of the catheter can be obtained even if the conductive polymer layer is not thicker than the thickness sufficient for driving. It is because it can be set as an actuator.

前記マイクロデバイスにおいて、前記アクチュエータが、前記基体樹脂層上に前記導電層と前記電解質層との間に前記導電性高分子層上を含む積層構造を備える場合には、前記積層構造が前記基体樹脂層上に単独で設けられることが好ましい。前記積層構造が前記基体樹脂層上に単独で設けられる場合には、左右等の1方向にアクチュエータを屈曲させることができる。前記アクチュエータが、前記マイクロデバイスをカテーテルや内視鏡などの医療用チューブに用いる場合など、上下左右など複数方向に屈曲させて、医療チューブの進行方向を複数方向に導くアクチュエータである際には、前記基体樹脂層上に前記積層構造を備えた部分を実質的に絶縁された状態で複数備えることが好ましい。   In the microdevice, when the actuator includes a laminated structure including the conductive polymer layer between the conductive layer and the electrolyte layer on the base resin layer, the laminated structure is the base resin. It is preferable to be provided alone on the layer. When the laminated structure is provided alone on the base resin layer, the actuator can be bent in one direction such as left and right. When the actuator is an actuator that bends in a plurality of directions such as up, down, left and right, such as when the micro device is used in a medical tube such as a catheter or an endoscope, and guides the traveling direction of the medical tube in a plurality of directions. It is preferable to provide a plurality of portions having the laminated structure on the base resin layer in a substantially insulated state.

前記マイクロデバイスは、上記の湾曲駆動装置と同様に、前記アクチュエータが、前記基体樹脂層上に前記積層構造を含む部分が前記アクチュエータの長さ方向に沿って4つ以上設けられていることが好ましい。このような構造により、前記積層構造部分の導電性高分子層に電圧を印加することにより、上下左右など複数方向に容易に屈曲させることができる。   In the micro device, it is preferable that four or more portions of the actuator including the laminated structure are provided on the base resin layer along the length direction of the actuator, similarly to the bending driving device. . With such a structure, it is possible to easily bend in a plurality of directions such as up, down, left, and right by applying a voltage to the conductive polymer layer of the laminated structure portion.

前記マイクロデバイスの先端部に備えられるアクチュエータは、上記の湾曲駆動装置と同様に、前記導電性高分子層が導電性高分子を含む円筒体により形成され、前記円筒体が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体であるアクチュエータとすることが好ましい。前記導電性高分子層が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体である場合には、前記導電性高分子層に電圧を印加する際に、前記導電性基体に通電することにより、前記導電性高分子層に充分な電圧を容易に印加することができるからである。また、前記複合構造体を用いることは、円筒体であることにより、前記円筒体の内側の空洞部に電解質及び対向電極を備えた構造にすることで、アクチュエータとしての構造を形成することが容易にできる。   The actuator provided at the tip of the micro device is formed of a cylindrical body in which the conductive polymer layer includes a conductive polymer, and the cylindrical body expands and contracts with the conductive polymer, similarly to the above-described bending drive device. The actuator is preferably a composite structure with a conductive base having a property. When the conductive polymer layer is a composite structure of a conductive polymer and a stretchable conductive substrate, the conductive substrate is energized when a voltage is applied to the conductive polymer layer. This is because a sufficient voltage can be easily applied to the conductive polymer layer. In addition, the use of the composite structure is a cylindrical body, and thus it is easy to form a structure as an actuator by providing a structure including an electrolyte and a counter electrode in a hollow portion inside the cylindrical body. Can be.

前記マイクロデバイスの先端部に備えられるアクチュエータにおいて、上記の湾曲駆動装置と同様に、前記導電性高分子層は、電気化学的酸化還元による伸縮性を有する導電性高分子を含み、該導電性高分子が電解重合法により製造された導電性高分子であって、前記電解重合法が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含むことが好ましい。   In the actuator provided at the tip portion of the microdevice, the conductive polymer layer includes a conductive polymer having stretchability by electrochemical oxidation-reduction, similar to the bending drive device, and the conductive high layer. The molecule is a conductive polymer produced by an electrolytic polymerization method, and the electrolytic polymerization method includes at least one of an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group. Using an electrolytic solution containing a bond or a functional group-containing organic compound and / or a halogenated hydrocarbon as a solvent, the electrolytic solution contains a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to the central atom. It is preferable.

前記マイクロデバイスは、上記の湾曲駆動装置と同様に、アクチュエータにおいて、前記導電性高分子層が、層幅に垂直な方向に8%以上の伸縮率を有することが好ましい。   In the micro device, it is preferable that the conductive polymer layer has an expansion / contraction ratio of 8% or more in the direction perpendicular to the layer width in the actuator, similarly to the bending driving device.

また、前記マイクロデバイスは、上記の湾曲駆動装置と同様に、導電性高分子層が、電解重合法を用いたポリピロールの製造方法により得られたポリピロールを含む導電性高分子層であって、前記製造方法が、電解重合法に用いられる電解液がピロール及び/又はピロール誘導体をモノマー成分として含み、前記電解液が芳香族エステルを溶媒として含み、前記電解液が過塩素酸イオンを含むポリピロールの製造方法であることが好ましい。前記ポリピロールは、電解伸縮による最大の伸縮率として、1酸化還元当たりの伸縮率が10%以上の伸縮をすることができ、しかも引張り強度が60MPa以上である。そのため、前記導電性高分子層に前記ポリピロールを含むアクチュエータは、障害物が多い状態においても大きな屈曲と耐久性を発揮することができるので、好ましい。   Further, the microdevice is a conductive polymer layer containing a polypyrrole obtained by a method for producing polypyrrole using an electrolytic polymerization method, as in the above-described bending drive device, Production method of producing polypyrrole in which an electrolytic solution used in an electrolytic polymerization method contains pyrrole and / or a pyrrole derivative as a monomer component, the electrolytic solution contains an aromatic ester as a solvent, and the electrolytic solution contains perchlorate ions A method is preferred. The polypyrrole can expand and contract at a rate of expansion / contraction per oxidation-reduction of 10% or more as a maximum expansion / contraction rate by electrolytic expansion / contraction, and has a tensile strength of 60 MPa or more. Therefore, an actuator including the polypyrrole in the conductive polymer layer is preferable because it can exhibit large bending and durability even in a state where there are many obstacles.

本発明の湾曲駆動装置及びマイクロデバイスは、工業分野において検査や補修の際に用いる検査器及び修理具、並びに医療分野において検査や治療の際に用いる眼科手術又は腹腔内視鏡手術などの内視鏡及びカテーテルを含む医療用チューブ、マイクロサージェリー技術におけるピンセット、ハサミ、鉗子、スネア、レーザーメス、スパチュラ及びクリップに好適に用いることができる。
The bending drive device and the micro device of the present invention include an inspection device and a repair tool used for inspection and repair in the industrial field, and an endoscopic operation such as ophthalmic surgery or laparoscopic surgery used for inspection or treatment in the medical field. It can be suitably used for medical tubes including mirrors and catheters, tweezers, scissors, forceps, snare, laser scalpel, spatula and clips in microsurgery technology.

本発明の湾曲駆動装置及びマイクロデバイスにおいて先端部に備えられるアクチュエータの一実施態様例の断面図。Sectional drawing of the one embodiment example of the actuator with which a front-end | tip part is equipped in the bending drive apparatus and microdevice of this invention. 本発明の湾曲駆動装置及びマイクロデバイスにおいて先端部に備えられるアクチュエータの第二の実施態様例の断面図。Sectional drawing of the 2nd embodiment of the actuator with which the front-end | tip part is provided in the bending drive apparatus and microdevice of this invention. 本発明の湾曲駆動装置及びマイクロデバイスにおいて先端部に備えられるアクチュエータの第三の実施態様例の断面図。Sectional drawing of the 3rd example of an embodiment of the actuator with which a front-end | tip part is equipped in the bending drive apparatus and microdevice of this invention. 本発明の湾曲駆動装置及びマイクロデバイスにおいて、先端部に備えられるアクチュエータの第四の実施態様例の断面図。Sectional drawing of the 4th example of an embodiment of the actuator with which a front-end | tip part is provided in the bending drive apparatus and microdevice of this invention. 本発明の湾曲駆動装置を用いた医療用チューブの一実施態様例の模式図。The schematic diagram of the one embodiment example of the medical tube using the curve drive device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、21 アクチュエータ
2、22 可撓性を有する樹脂製チューブ(基体樹脂層)
3、23 導電層
141、142 導電性高分子層
143、144 導電性高分子層
24 導電性高分子層
5、25 電解質層
31、41 アクチュエータ
32、42 可撓性を有する樹脂製チューブ(基体樹脂層)
33、43 導電層
34、44 導電性高分子層
35、45 電解質層
36,46 金属層
51 湾曲駆動装置
52 案内部材
53 アクチュエータ
54、54’ リード線
55 電源
1, 21 Actuator 2, 22 Flexible resin tube (base resin layer)
3, 23 Conductive layers 141, 142 Conductive polymer layers 143, 144 Conductive polymer layer 24 Conductive polymer layers 5, 25 Electrolyte layers 31, 41 Actuators 32, 42 Flexible resin tube (base resin) layer)
33, 43 Conductive layer 34, 44 Conductive polymer layer 35, 45 Electrolyte layer 36, 46 Metal layer 51 Bending drive device 52 Guide member 53 Actuator 54, 54 'Lead wire 55 Power supply

Claims (21)

先端部にアクチュエータを備えた湾曲駆動装置であって、
該アクチュエータが導電性高分子層該導電性高分子層と接する電解質層、及び該前記導電性高分子層と接する導電層を備え、かつ、
前記導電層と前記電解質層との間に前記導電性高分子層上を含む積層構造を、筒状または柱状の基体樹脂層上に備え、
該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動することを特徴とする湾曲駆動装置。
A bending drive device having an actuator at a tip,
The actuator includes a conductive polymer layer , an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, and a conductive layer in contact with the conductive polymer layer ;
A laminated structure including the conductive polymer layer between the conductive layer and the electrolyte layer is provided on a cylindrical or columnar base resin layer,
A bending drive device, wherein the actuator is driven by applying a voltage to the conductive polymer layer.
前記アクチュエータが、前記基体樹脂層上に前記積層構造を備えた部分を実質的に絶縁された状態で複数備えることを特徴とする請求項の湾曲駆動装置。 2. The bending drive device according to claim 1 , wherein the actuator includes a plurality of portions provided with the laminated structure on the base resin layer in a substantially insulated state. 前記基体樹脂層上に前記積層構造を含む部分が前記アクチュエータの長さ方向に沿って4つ以上設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の湾曲駆動装置。 Bending drive device according to claim 1 or 2, characterized in that portion including the laminated structure on the base resin layer is provided with four or more along the longitudinal direction of the actuator. 前記導電性高分子層が前記アクチュエータの実質的に外部に露出していないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の湾曲駆動装置。 The bending drive device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the conductive polymer layer is not substantially exposed to the outside of the actuator. 前記導電性高分子層が可撓性樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の湾曲駆動装置。 The bending drive device according to claim 1, wherein the conductive polymer layer is covered with a flexible resin. 前記導電性高分子層が導電性高分子を含む円筒体により形成され、前記円筒体が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の湾曲駆動装置。 The conductive polymer layer is formed by a cylindrical body containing an electric conductive polymer, according to claim 1, wherein the cylindrical body is a composite structure of a conductive substrate having stretchability and a conductive polymer The bending drive device according to any one of? 前記円筒体の内側部分に電解質を備えることを特徴とする請求項に記載の湾曲駆動装置。 The bending drive device according to claim 6 , wherein an electrolyte is provided in an inner portion of the cylindrical body. 前記導電性高分子が、
電解重合法により製造された導電性高分子であって、
前記電解重合法が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、
前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の湾曲駆動装置。
The conductive polymer is
A conductive polymer produced by electrolytic polymerization,
In the electropolymerization method, an organic compound and / or a halogenated hydrocarbon containing at least one bond or functional group selected from an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group are used as a solvent. Using the electrolyte solution as
The bending drive device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the electrolytic solution includes a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom.
前記導電性高分子層が、層幅に垂直な方向に8%以上の伸縮率を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の湾曲駆動装置。 The bending drive device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the conductive polymer layer has an expansion / contraction ratio of 8% or more in a direction perpendicular to the layer width. 前記導電性高分子層が、電解重合法を用いたポリピロールの製造方法により得られたポリピロールを含む導電性高分子層であって、前記製造方法が、電解重合法に用いられる電解液がピロール及び/又はピロール誘導体をモノマー成分として含み、前記電解液が芳香族エステルを溶媒として含み、前記電解液が過塩素酸イオンを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の湾曲駆動装置。 The conductive polymer layer is a conductive polymer layer containing polypyrrole obtained by a method for producing polypyrrole using an electrolytic polymerization method, and the production method includes pyrrole and an electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method. The bending drive according to any one of claims 1 to 9 , wherein a pyrrole derivative is contained as a monomer component, the electrolyte contains an aromatic ester as a solvent, and the electrolyte contains perchlorate ions. apparatus. 先端部にアクチュエータを備えたマイクロデバイスであって、
該アクチュエータが導電性高分子層該導電性高分子層と接する電解質層、及び該前記導電性高分子層と接する導電層を備え、かつ、
前記導電層と前記電解質層との間に前記導電性高分子層上を含む積層構造を、筒状または柱状の基体樹脂層上に備え、
該導電性高分子層に電圧を印加することにより該アクチュエータが駆動することを特徴とするマイクロデバイス。
A microdevice having an actuator at the tip,
The actuator includes a conductive polymer layer , an electrolyte layer in contact with the conductive polymer layer, and a conductive layer in contact with the conductive polymer layer ;
A laminated structure including the conductive polymer layer between the conductive layer and the electrolyte layer is provided on a cylindrical or columnar base resin layer,
A microdevice, wherein the actuator is driven by applying a voltage to the conductive polymer layer.
前記アクチュエータが、前記基体樹脂層上に前記積層構造を備えた部分を実質的に絶縁された状態で複数備えることを特徴とする請求項11のマイクロデバイス。 12. The micro device according to claim 11 , wherein the actuator includes a plurality of portions each provided with the laminated structure on the base resin layer in a substantially insulated state. 前記基体樹脂層上に前記積層構造を含む部分が前記アクチュエータの長さ方向に沿って4つ以上設けられていることを特徴とする請求項11又は12に記載のマイクロデバイス。 The micro device according to claim 11 or 12 , wherein four or more portions including the laminated structure are provided on the base resin layer along a length direction of the actuator. 前記導電性高分子層が前記アクチュエータの実質的に外部に露出していないことを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載のマイクロデバイス。 The microdevice according to claim 11 , wherein the conductive polymer layer is not substantially exposed to the outside of the actuator. 前記導電性高分子層が可撓性樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載のマイクロデバイス。 The microdevice according to claim 11, wherein the conductive polymer layer is covered with a flexible resin. 前記導電性高分子層が導電性高分子を含む円筒体により形成され、前記円筒体が導電性高分子と伸縮性を有する導電性基体との複合構造体であることを特徴とする請求項11〜15のいずれかに記載のマイクロデバイス。 The conductive polymer layer is formed by a cylindrical body containing an electric conductive polymer, according to claim 11, wherein the cylindrical body is a composite structure of a conductive substrate having stretchability and a conductive polymer The microdevice according to any one of -15 . 前記円筒体の内側部分に電解質を備えることを特徴とする請求項16に記載のマイクロデバイス。 The microdevice according to claim 16 , wherein an electrolyte is provided in an inner portion of the cylindrical body. 前記導電性高分子が、
電解重合法により製造された導電性高分子であって、
前記電解重合法が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基のうち少なくとも1つ以上の結合あるいは官能基を含む有機化合物及び/又はハロゲン化炭化水素を溶媒として含む電解液を用い、
前記電解液中にトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び/または中心原子に対してフッ素原子を複数含むアニオンを含むことを特徴とする請求項11〜17のいずれかに記載のマイクロデバイス。
The conductive polymer is
A conductive polymer produced by electrolytic polymerization,
In the electropolymerization method, an organic compound and / or a halogenated hydrocarbon containing at least one bond or functional group selected from an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a hydroxyl group, a nitro group, a sulfone group, and a nitrile group are used as a solvent. Using the electrolyte solution as
The microdevice according to any one of claims 11 to 17 , wherein the electrolytic solution contains a trifluoromethanesulfonate ion and / or an anion containing a plurality of fluorine atoms with respect to a central atom.
前記導電性高分子層が、層幅に垂直な方向に8%以上の伸縮率を有することを特徴とする請求項11〜18のいずれかに記載のマイクロデバイス。 The micro device according to claim 11 , wherein the conductive polymer layer has an expansion / contraction ratio of 8% or more in a direction perpendicular to the layer width. 前記導電性高分子層が、電解重合法を用いたポリピロールの製造方法により得られたポリピロールを含む導電性高分子層であって、前記製造方法が、電解重合法に用いられる電解液がピロール及び/又はピロール誘導体をモノマー成分として含み、前記電解液が芳香族エステルを溶媒として含み、前記電解液が過塩素酸イオンを含むことを特徴とする請求項11〜19のいずれかに記載のマイクロデバイス。 The conductive polymer layer is a conductive polymer layer containing polypyrrole obtained by a method for producing polypyrrole using an electrolytic polymerization method, and the production method includes pyrrole and an electrolytic solution used in the electrolytic polymerization method. The micro device according to any one of claims 11 to 19 , wherein a pyrrole derivative is contained as a monomer component, the electrolytic solution contains an aromatic ester as a solvent, and the electrolytic solution contains perchlorate ions. . 請求項11〜20のいずれかのマイクロデバイスを用いた医療用チューブ。 A medical tube using the microdevice according to claim 11 .
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