JP4768569B2 - Photosensitive composition and polymer composite - Google Patents

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Description

本発明は、感光性組成物及びそれを用いて形成された高分子複合体に関し、特に、親水性表面を有し且つ力学的強度に優れた高分子複合体に関する。   The present invention relates to a photosensitive composition and a polymer composite formed using the same, and more particularly to a polymer composite having a hydrophilic surface and excellent mechanical strength.

基材上に高分子膜が設けられた高分子複合体が、バイオセンサーや細胞培養基材等の生化学・医療用デバイスとして使用されている(特許文献1等参照)。この高分子複合体には、表面が親水性であること、即ち、基材上に設けられた高分子膜が親水性であることが求められている。このような高分子複合体の高分子膜を形成できる感光性組成物として、本発明者らは、ポリエチレングリコールに感光基を付与した感光性樹脂と水系溶媒とを有する感光性組成物を提案し、先に出願した。この文献に記載された感光性組成物を光照射して硬化することにより得られる高分子膜は、表面が親水性に富み、さらに生体適合性も有しているため、この感光性組成物を用いて形成した高分子複合体は生化学・医療用デバイスへの用途に適している。   A polymer complex in which a polymer film is provided on a substrate is used as a biochemical / medical device such as a biosensor or a cell culture substrate (see Patent Document 1). This polymer composite is required to have a hydrophilic surface, that is, a polymer film provided on a substrate is hydrophilic. As a photosensitive composition capable of forming a polymer film of such a polymer composite, the present inventors have proposed a photosensitive composition having a photosensitive resin having a photosensitive group added to polyethylene glycol and an aqueous solvent. Filed earlier. The polymer film obtained by irradiating and curing the photosensitive composition described in this document has a hydrophilic surface and is also biocompatible. The polymer composite formed by using is suitable for use in biochemical / medical devices.

しかし、上記の感光性組成物は、ポリエチレングリコールという水溶性高分子を用いたことにより、親水性表面を得ることができるが、光硬化した高分子複合体が水中での膨潤が大きく、その影響から解像度が低いことや、光硬化した高分子膜が水中での力学的強度が比較的弱く少量の負荷で壊れてしまう部位ができるという問題がある。   However, the above photosensitive composition can obtain a hydrophilic surface by using a water-soluble polymer called polyethylene glycol, but the photo-cured polymer composite is greatly swelled in water. Therefore, there are problems that the resolution is low and that the photocured polymer film has a relatively weak mechanical strength in water and can be broken by a small load.

特開2005−280076号公報JP 2005-280076 A

本発明はこのような事情に鑑み、解像度が良好で、親水性表面を有し且つ水中での力学的強度が高い高分子複合体を形成することができる感光性樹脂組成物及びそれを用いて形成した高分子複合体を提供することを課題とする。   In view of such circumstances, the present invention has a photosensitive resin composition capable of forming a polymer composite having good resolution, a hydrophilic surface, and high mechanical strength in water, and the same. It is an object of the present invention to provide a formed polymer composite.

前記課題を解決する本発明の第1の態様は、平均粒径150nm以下であるナノ微粒子と溶媒と下記式(1)で表される感光性樹脂とを有することを特徴とする感光性組成物にある。   A first aspect of the present invention that solves the above problems comprises a photosensitive composition comprising nanoparticles having an average particle size of 150 nm or less, a solvent, and a photosensitive resin represented by the following formula (1). It is in.

Figure 0004768569
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(式(1)中、重合度の平均値nは5以上である。R1及びR2は、それぞれ独立に、アルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基又は単結合である。X及びYは、それぞれ独立に、下記式(2)で表される感光基ユニット、又は、何れか一方が下記式(2)で表される感光基ユニットでもう一方がアミノ基である。) (In formula (1), the average value n of the degree of polymerization is 5 or more. R 1 and R 2 are each independently an alkylene group, an arylene group, an oxyalkylene group or a single bond. X and Y are Each independently a photosensitive group unit represented by the following formula (2), or one of them is a photosensitive group unit represented by the following formula (2) and the other is an amino group.

Figure 0004768569
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(式(2)中、R3は下記式(3)から選択される基で、R4は下記式(4)から選択される基であり、R3及びR4の少なくとも一方にアジド基を有する。) (In formula (2), R 3 is a group selected from the following formula (3), R 4 is a group selected from the following formula (4), and an azide group is present in at least one of R 3 and R 4. Have)

Figure 0004768569
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本発明の第2の態様は、ノニオン系の界面活性剤を有することを特徴とする第1の態様に記載の感光性組成物にある。   A second aspect of the present invention resides in the photosensitive composition according to the first aspect, which has a nonionic surfactant.

本発明の第3の態様は、前記ナノ微粒子が、金属、セラミックス又はポリマーであることを特徴とする第1又は2の態様に記載の感光性組成物にある。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the photosensitive composition according to the first or second aspect, wherein the nano fine particles are a metal, a ceramic, or a polymer.

本発明の第4の態様は、前記ナノ微粒子が、コロイダルシリカ又はシルセスキオキサンであることを特徴とする第3の態様に記載の感光性組成物にある。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the photosensitive composition according to the third aspect, wherein the nano fine particles are colloidal silica or silsesquioxane.

本発明の第5の態様は、前記感光性樹脂と前記ナノ微粒子との質量比が1:2〜2:1であることを特徴とする第1〜4の何れかの態様に記載の感光性組成物にある。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the mass ratio of the photosensitive resin to the nanoparticle is 1: 2 to 2: 1. In the composition.

本発明の第6の態様は、前記溶媒が、水又は水系溶媒であることを特徴とする第1〜5の何れかの態様に記載の感光性組成物にある。   A sixth aspect of the present invention resides in the photosensitive composition according to any one of the first to fifth aspects, wherein the solvent is water or an aqueous solvent.

本発明の第7の態様は、基材とこの基材上に設けられた高分子膜とを有し、前記高分子膜は前記基材上に塗布された第1〜6の何れかの態様に記載の感光性組成物を光照射して硬化することにより得られたものであることを特徴とする高分子複合体にある。   A seventh aspect of the present invention includes a base material and a polymer film provided on the base material, and the polymer film is any one of the first to sixth aspects applied on the base material. It is obtained by irradiating the photosensitive composition as described in 1 above and curing it.

本発明の第8の態様は、前記高分子膜は、前記光照射の際に所望のパターンを有するマスクを介して光照射した後、現像することにより得られたものであることを特徴とする第7の態様に記載の高分子複合体にある。   According to an eighth aspect of the present invention, the polymer film is obtained by developing after light irradiation through a mask having a desired pattern during the light irradiation. The polymer composite according to the seventh aspect.

本発明の第9の態様は、前記高分子膜表面の水に対する静的接触角が45゜以下であり、前記高分子膜の貯蔵弾性率(G’)が15Pa・s以上であることを特徴とする第7又は8の態様に記載の高分子複合体にある。   A ninth aspect of the present invention is characterized in that a static contact angle with respect to water on the surface of the polymer film is 45 ° or less, and a storage elastic modulus (G ′) of the polymer film is 15 Pa · s or more. In the polymer composite according to the seventh or eighth aspect.

ポリエチレングリコールに所定の感光基を付与した感光性樹脂と平均粒径150nm以下のナノ微粒子と溶媒とを有する本発明の感光性組成物は、解像度が良好で、基材上に親水性を有する高分子膜を形成でき、且つこの高分子膜と基材とからなる高分子複合体は水中での力学的強度が高いという効果を奏する。この高分子複合体は、親水性表面を有し、かつ水中での力学的強度が高いという特徴を有するため、生化学・医療用デバイスの構築に貢献できる。   The photosensitive composition of the present invention having a photosensitive resin in which a predetermined photosensitive group is imparted to polyethylene glycol, nanoparticles having an average particle size of 150 nm or less, and a solvent has high resolution and high hydrophilicity on the substrate. A polymer complex that can form a molecular film and is composed of the polymer film and a substrate has an effect of high mechanical strength in water. Since this polymer composite has the characteristics of having a hydrophilic surface and high mechanical strength in water, it can contribute to the construction of biochemical and medical devices.

本発明の感光性組成物は、上記式(1)で表される感光性樹脂と、平均粒径150nm以下のナノ微粒子と、溶媒とを有する。   The photosensitive composition of this invention has the photosensitive resin represented by the said Formula (1), the nanoparticle with an average particle diameter of 150 nm or less, and a solvent.

上記式(1)で表される感光性樹脂のポリエチレングリコールの主鎖の重合度の平均値nは5以上であり、好ましくは20〜230である。平均の重合度が5よりも小さいと、水溶性が低く、また、この感光性樹脂を光照射して硬化することにより得られる高分子膜の親水性を維持することが困難になるためである。特に、重合度が20〜230であると、光照射して硬化することにより得られる高分子膜が親水性を維持するのに十分な親水性となり、なおかつ生体適合性を発揮するのに好適な分子鎖の柔軟性と排除体積を有する。重合度が230よりも大きいと、1分子の感光基のモル濃度が低下するため、光架橋率が低下して光照射して硬化することにより得られる高分子膜の強度が弱くなるので、基材とこの高分子膜からなる高分子複合体の機械的強度が弱くなる。   The average value n of the polymerization degree of the polyethylene glycol main chain of the photosensitive resin represented by the above formula (1) is 5 or more, preferably 20 to 230. If the average degree of polymerization is less than 5, the water solubility is low, and it becomes difficult to maintain the hydrophilicity of the polymer film obtained by curing the photosensitive resin by light irradiation. . In particular, when the degree of polymerization is 20 to 230, the polymer film obtained by curing by light irradiation becomes hydrophilic enough to maintain hydrophilicity, and is suitable for exhibiting biocompatibility. Has molecular chain flexibility and excluded volume. If the degree of polymerization is larger than 230, the molar concentration of one molecule of the photosensitive group is decreased, so that the photocrosslinking rate is decreased and the strength of the polymer film obtained by curing by light irradiation becomes weak. The mechanical strength of the polymer composite composed of the material and the polymer film is weakened.

1及びR2は、それぞれ独立に、アルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基又は単結合であるが、炭素数1〜20のアルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基又は単結合であることが好ましく、さらに好ましくは炭素数1〜6のアルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基又は単結合であり、最も好ましくは単結合又はメチレン基である。X及びYは、少なくとも一方が上記式(2)で表される感光基ユニットであればよく、X及びYがそれぞれ独立に上記式(2)で表される感光基ユニットでも、何れか一方のみが式(2)で表される感光基ユニットでもよい。特に、X及びYが共に式(2)で表される同一の構造であることが好ましい。なお、X及びYの何れか一方のみが式(2)で表される感光基ユニットの場合はもう一方はアミノ基である。式(2)において、R3は上記式(3)から選択される基で、R4は上記式(4)から選択される基であり、R3及びR4の少なくとも一方に少なくとも1個のアジド基を有する。式(2)の具体例としては、下記表1に示す構造(2)−1〜(2)−15を挙げることができる。これらの構造は、上記式(2)において置換基R3及びR4に表1に示される置換基を有する。例えば、構造(2)−1〜(2)−4はR4としてアジド基を有し、(2)−5はR3及びR4共にアジド基を有する。 R 1 and R 2 are each independently an alkylene group, an arylene group, an oxyalkylene group or a single bond, preferably an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, an arylene group, an oxyalkylene group or a single bond. And more preferably an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, an arylene group, an oxyalkylene group or a single bond, most preferably a single bond or a methylene group. X and Y may be at least one photosensitive group unit represented by the above formula (2), and only one of X and Y is a photosensitive group unit independently represented by the above formula (2). May be a photosensitive group unit represented by the formula (2). In particular, it is preferable that X and Y have the same structure represented by the formula (2). In the case where only one of X and Y is a photosensitive group unit represented by the formula (2), the other is an amino group. In the formula (2), R 3 is a group selected from the above formula (3), R 4 is a group selected from the above formula (4), and at least one of at least one of R 3 and R 4 Has an azide group. Specific examples of formula (2) include structures (2) -1 to (2) -15 shown in Table 1 below. These structures have the substituents shown in Table 1 in the substituents R 3 and R 4 in the above formula (2). For example, structures (2) -1 to (2) -4 have an azide group as R 4 , and (2) -5 has an azide group in both R 3 and R 4 .

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上記式(1)で表される感光性樹脂の製造方法は特に限定されないが、例えば、アミノ基を末端に有するポリエチレングリコールと、このアミノ基と結合して当該アミノ基と共に上記式(2)の構造を形成する化合物とを反応させればよい。   Although the manufacturing method of the photosensitive resin represented by the said Formula (1) is not specifically limited, For example, the polyethylene glycol which has an amino group at the terminal, This amino group couple | bonds with this amino group, and the said Formula (2) What is necessary is just to make it react with the compound which forms a structure.

1及びR2が単結合である式(1)の感光性樹脂を製造する場合は、アミノ基を末端に有するポリエチレングリコールとして、ポリエチレングリコールジアミン等を用いることができる。また、R1又はR2が存在する式(1)の感光性樹脂を製造する場合は、アミノ基を末端に有するポリエチレングリコールとして、ポリエチレングリコールの末端にR1又はR2を介してアミノ基が結合している化合物、例えば、ポリエチレングリコールジプロピルアミン等を用いることができる。 When producing the photosensitive resin of the formula (1) in which R 1 and R 2 are single bonds, polyethylene glycol diamine or the like can be used as polyethylene glycol having an amino group at the terminal. Moreover, when manufacturing the photosensitive resin of Formula (1) in which R 1 or R 2 is present, the amino group has an amino group at the terminal of polyethylene glycol via R 1 or R 2 as the polyethylene glycol having an amino group at the terminal. A bonded compound such as polyethylene glycol dipropylamine can be used.

アミノ基を末端に有するポリエチレングリコールのアミノ基と結合して当該アミノ基と共に上記式(2)の構造を形成する化合物としては、例えば、3−(4−アジドフェニル)−N−(4,4’−ジメトキシブチル)−2−フェニルカルボニルアミノ−プロパ−2−エンアミド、2−(3−(4−アジドフェニル)プロプ−2−エノイルアミノ)−N−(4,4−ジメトキシブチル)−3−(3−ピリジル)プロプ−2−エンアミド、3−(4−アジドフェニル)−N−(4,4’−ジメトキシブチル)−2−[(3−ピリジル)カルボニルアミノ]−プロパ−2−エンアミドや、4−((4−アジドフェニル)メチレン)−2−フェニル−1,3−オキサゾリン−5−オン、4−((4−アジドフェニル)メチレン−2−(3−ピリジル)−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−(4−アジドフェニル)−4−(3−ピリジルメチレン)−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−(2−(4−アジドフェニル)ビニル)−4−(3−ピリジルメチレン)−1,3−オキサゾリン−5−オン、4−(4−アジド−β−メチル−シンナミリデン)−2−フェニル−2−オキサゾリン−5−オン、4−(4−アジド−β−メチル−シンナミリデン)−2−(3−ピリジル)−2−オキサゾリン−5−オン等、特開2003−292477号公報などに記載される化合物が挙げられる。なお、この化合物は、特開2003−292477号公報に記載される方法で製造することができる。   Examples of the compound that combines with the amino group of polyethylene glycol having an amino group at the end thereof to form the structure of the above formula (2) together with the amino group include 3- (4-azidophenyl) -N- (4,4 '-Dimethoxybutyl) -2-phenylcarbonylamino-prop-2-enamide, 2- (3- (4-azidophenyl) prop-2-enoylamino) -N- (4,4-dimethoxybutyl) -3- ( 3-pyridyl) prop-2-enamide, 3- (4-azidophenyl) -N- (4,4′-dimethoxybutyl) -2-[(3-pyridyl) carbonylamino] -prop-2-enamide, 4-((4-azidophenyl) methylene) -2-phenyl-1,3-oxazolin-5-one, 4-((4-azidophenyl) methylene-2- (3-pyridyl) 1,3-oxazolin-5-one, 2- (4-azidophenyl) -4- (3-pyridylmethylene) -1,3-oxazolin-5-one, 2- (2- (4-azidophenyl) vinyl ) -4- (3-pyridylmethylene) -1,3-oxazolin-5-one, 4- (4-azido-β-methyl-cinnamylidene) -2-phenyl-2-oxazolin-5-one, 4- ( Examples include 4-azido-β-methyl-cinnamylidene) -2- (3-pyridyl) -2-oxazolin-5-one, and the compounds described in JP-A No. 2003-292477. It can be produced by the method described in JP-A No. 2003-292477.

両末端に同一の上記式(2)の構造を導入する、すなわち、X及びYが同一の式(2)の構造である式(1)の感光性樹脂を得る場合は、アミノ基と結合して当該アミノ基と共に上記式(2)の構造を形成する化合物を、アミノ基を末端に有するポリエチレングリコールのモル当量の2倍以上となる量で反応させればよい。また、片末端に水酸基又はメトキシ基を有し、もう片末端にアミノ基を有するポリエチレングリコールを用いることにより、片末端のみに式(2)の構造を有する式(1)の感光性樹脂を得ることができる。なお、両末端に式(2)の構造を有する感光性樹脂及び片末端に式(2)の構造を有する感光性樹脂の両者を、任意の割合で得たい場合には、必要とする割合に相当するモル当量を反応させればよい。   When the same structure of the above formula (2) is introduced at both ends, that is, to obtain a photosensitive resin of the formula (1) in which X and Y are the same structure of the formula (2), it is bonded to an amino group. The compound that forms the structure of the above formula (2) together with the amino group may be reacted in an amount that is twice or more the molar equivalent of polyethylene glycol having an amino group at the terminal. Further, by using polyethylene glycol having a hydroxyl group or a methoxy group at one end and an amino group at the other end, a photosensitive resin of formula (1) having a structure of formula (2) only at one end is obtained. be able to. In addition, when it is desired to obtain both the photosensitive resin having the structure of the formula (2) at both ends and the photosensitive resin having the structure of the formula (2) at one end at an arbitrary ratio, the required ratio A corresponding molar equivalent may be reacted.

本発明の感光性組成物が含有するナノ微粒子は、平均粒径150nm以下であればよいが、特に平均粒径5〜150nmが好ましい。平均粒径が150nmより大きいと、基材上に感光性組成物の塗布膜を形成した際に塗布膜が不均一になってしまい、この塗布膜に光を照射して硬化することにより得られた高分子膜からナノ微粒子が露出して高分子複合体の表面物性に影響を与えるため、親水性表面を構築し難いなどの不具合が発生するからである。また、ナノ微粒子の粒径の多分散度については、特に限定されないが、単分散状態のものがより好ましい。平均粒径および多分散度は、例えば動的光散乱測定装置、粒度分布計などを用いることで検出することが可能である。ナノ微粒子の平均粒径の測定方法を例示すると、動的光散乱測定装置として、マルバーン社製、「HPPSゼータサイザー ナノ」を用い、25℃にて、溶媒が水の場合はポリメチルメタクリレート製の測定セルを、溶媒が有機溶媒の場合は石英製のセルを用いて、90秒間測定を行い、その平均から求める方法を挙げることができる。   Nanoparticles contained in the photosensitive composition of the present invention may have an average particle size of 150 nm or less, but an average particle size of 5 to 150 nm is particularly preferable. If the average particle size is larger than 150 nm, the coating film becomes non-uniform when the coating film of the photosensitive composition is formed on the substrate, and it is obtained by irradiating the coating film with light and curing. This is because the nano-particles are exposed from the polymer film and affect the surface physical properties of the polymer composite, which causes problems such as difficulty in building a hydrophilic surface. Further, the polydispersity of the particle size of the nanoparticles is not particularly limited, but a monodispersed one is more preferable. The average particle size and polydispersity can be detected by using, for example, a dynamic light scattering measurement device, a particle size distribution meter, or the like. As an example of the measurement method of the average particle size of the nano-particles, “HPPS Zeta Sizer Nano” manufactured by Malvern Co., Ltd. is used as a dynamic light scattering measurement device. When the solvent is water at 25 ° C., it is made of polymethyl methacrylate. If the solvent is an organic solvent, the measurement cell can be measured for 90 seconds using a quartz cell, and the average can be obtained.

ナノ微粒子の材質は、一般に知られている公知のナノ微粒子であれば特に限定されないが、例えば、金,銀,銅,白金,アルミニウムなどの金属単体、セラミックスや、無機酸化物、無機炭酸塩、無機硫酸塩、リン酸塩などが挙げられる。無機酸化物としては、コロイダルシリカ,アエロジル,シリカガラス、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉛、酸化イットリウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化マグネシウムなどが挙げられ、無機炭酸塩としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。リン酸塩としては、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウムなどが挙げられる。なお、セラミックス微粒子には、ゾル−ゲル法などにより調製されたゾルやゲルなども含まれる。また、ナノ微粒子としてポリマー等の有機微粒子を用いてもよく、有機微粒子としては、例えば、ポリメタクリル酸メチルなどの(メタ)アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂からなる粒子や、架橋(メタ)アクリル系樹脂、架橋スチレン系樹脂などの架橋または硬化樹脂からなる粒子、有機顔料などが挙げられる。これらのうち、コロイダルシリカやシルセスキオキサンが好ましい。   The material of the nanoparticle is not particularly limited as long as it is a publicly known nanoparticle, but for example, simple metals such as gold, silver, copper, platinum, and aluminum, ceramics, inorganic oxides, inorganic carbonates, Examples thereof include inorganic sulfates and phosphates. Examples of inorganic oxides include colloidal silica, aerosil, silica glass, alumina, titania, zirconia, zinc oxide, copper oxide, lead oxide, yttrium oxide, tin oxide, indium oxide, and magnesium oxide. , Calcium carbonate, magnesium carbonate and the like. Examples of the phosphate include calcium phosphate and magnesium phosphate. The ceramic fine particles include sols and gels prepared by a sol-gel method or the like. Moreover, organic fine particles such as polymers may be used as the nano fine particles. Examples of the organic fine particles include (meth) acrylic resins such as polymethyl methacrylate, styrene resins, polyester resins, polyamide resins, and polycarbonate resins. And particles made of thermoplastic resins such as particles, particles made of crosslinked or cured resins such as crosslinked (meth) acrylic resins and crosslinked styrene resins, and organic pigments. Of these, colloidal silica and silsesquioxane are preferred.

ナノ微粒子の形状は、特に制限されないが、例えば、球状、楕円形状、偏平状、ロッド状または繊維状のナノ微粒子が挙げられる。これらのうち、球状のものが好適である。   The shape of the nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include spherical, elliptical, flat, rod-like, or fiber-like nanoparticles. Of these, spherical ones are preferred.

上記式(1)で表される感光性樹脂と、ナノ微粒子とを溶媒に混合したものが、本発明の感光性組成物である。なお、感光性樹脂もナノ微粒子も、一種用いても複数種類用いてもよい。溶媒は、感光性組成物に含有される成分を溶解できるものである限り特に限定されないが、水または水と相溶性のある有機溶媒との混合溶液を使用することができる。水と相溶性のある有機溶媒の、非限定的な例として、アセトンなどのケトン類、メタノールなどの低級アルコール類、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。   The photosensitive composition of the present invention is a mixture of the photosensitive resin represented by the above formula (1) and nanoparticles in a solvent. Note that one type or a plurality of types of photosensitive resins and nanoparticles may be used. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the components contained in the photosensitive composition, but water or a mixed solution of water and an organic solvent compatible with water can be used. Non-limiting examples of organic solvents that are compatible with water include ketones such as acetone, lower alcohols such as methanol, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, and the like.

本発明の感光性組成物に含有させる上記式(1)で表される感光性樹脂の濃度には感光性樹脂と溶媒との相溶性がある限り特に限定はないが、感光性組成物の全容量に対して0.5〜10質量%であることがより好ましい。10質量%以上であると、感光性組成物の粘度が高くなり、均一な塗布が困難になるためである。   The concentration of the photosensitive resin represented by the above formula (1) to be contained in the photosensitive composition of the present invention is not particularly limited as long as there is compatibility between the photosensitive resin and the solvent. More preferably, it is 0.5-10 mass% with respect to the capacity. It is because the viscosity of a photosensitive composition will become high and uniform application | coating becomes difficult as it is 10 mass% or more.

また、感光性組成物中に含有させるナノ微粒子の濃度は、ナノ微粒子と感光性樹脂との相溶性がある限り限定されないが、感光性樹脂とナノ微粒子の質量比が1:2〜2:1が好ましい。   Further, the concentration of the nano fine particles contained in the photosensitive composition is not limited as long as the nano fine particles and the photosensitive resin are compatible, but the mass ratio of the photosensitive resin to the nano fine particles is 1: 2 to 2: 1. Is preferred.

なお、感光基ユニットがイオン性の解離基を有している上記式(1)で表される感光性樹脂を用いる場合は、特に感光性組成物のpHが重要となる。感光基ユニットが周囲のpH環境によって解離―非解離の二つの状態をとり得るので、局所での水溶性が大きく変化するためである。その結果、感光性組成物の基材に対する濡れ性、光照射した際の感度、形成される光硬化した高分子膜の力学強度に、感光性組成物のpHは大きく影響する。本発明の感光性組成物は、pH0〜10で好適に用いることができ、特に好ましくはpH1〜7である。   In addition, when using the photosensitive resin represented by the said Formula (1) in which a photosensitive group unit has an ionic dissociation group, pH of a photosensitive composition becomes especially important. This is because the photosensitive group unit can take two states of dissociation and non-dissociation depending on the surrounding pH environment, so that the local water solubility greatly changes. As a result, the pH of the photosensitive composition greatly affects the wettability of the photosensitive composition to the substrate, the sensitivity when irradiated with light, and the mechanical strength of the photocured polymer film to be formed. The photosensitive composition of this invention can be used suitably by pH 0-10, Most preferably, it is pH 1-7.

ここで、本発明の感光性組成物中での上記式(1)で表される感光性樹脂及びナノ微粒子の形態について説明する。まず、上記式(1)で表される感光性樹脂は、親水性であるポリエチレングリコール鎖の両末端又は片末端に上記式(2)で表される疎水的な感光基ユニットが導入されているため、感光性組成物中でミセル等の会合体を形成しうる。当該感光性樹脂においては、会合体形成が特に水中で顕著であることから、疎水的でアミド部位を有する末端ユニットである感光性基ユニットが、疎水性相互作用もしくは水素結合を駆動力としてコアを形成し、その周りをより親水的なポリエチレングリコールユニットが覆うシェルを形成するポリマーミセル構造をとっていると推測される。このような感光性組成物内では、会合体を形成している感光性樹脂と、形成されていないフリーな状態の感光性樹脂とが平衡状態になっていると推測される。   Here, the form of the photosensitive resin and nanoparticle represented by the said Formula (1) in the photosensitive composition of this invention is demonstrated. First, in the photosensitive resin represented by the above formula (1), a hydrophobic photosensitive group unit represented by the above formula (2) is introduced at both ends or one end of a hydrophilic polyethylene glycol chain. Therefore, aggregates such as micelles can be formed in the photosensitive composition. In the photosensitive resin, the formation of aggregates is particularly remarkable in water. Therefore, the photosensitive group unit, which is a hydrophobic and terminal unit having an amide site, has a core with a hydrophobic interaction or hydrogen bond as a driving force. It is presumed to have a polymer micelle structure that forms a shell that is formed and covered with a more hydrophilic polyethylene glycol unit. In such a photosensitive composition, it is presumed that the photosensitive resin forming the aggregate and the free photosensitive resin not formed are in an equilibrium state.

ナノ微粒子は、上述のようなポリマーミセル等の会合体のように、ナノ微粒子同士で会合体を形成したものと単独の粒子状態のものが存在し平衡状態の形態をとっているのではなく、溶媒中においても溶解せず分散している、すなわちナノ微粒子同士が会合体を形成することなく粒子状態のまま安定に存在している。   Nanoparticles, such as the above-mentioned aggregates of polymer micelles, are not in the form of an equilibrium state in which there are ones in the form of single particles and those in the form of single particles, It is dispersed without dissolving in the solvent, that is, the nanoparticles are stably present in a particle state without forming an aggregate.

そして、この感光性樹脂とナノ微粒子の一部は、感光性樹脂により形成された会合体やナノ微粒子をコアとし、フリーの感光性樹脂がこのコア間を橋かけしている凝集構造を形成していると推測される。この凝集構造は粒子径が1μm以上となる。   A part of the photosensitive resin and nanoparticles forms an aggregated structure in which aggregates and nanoparticles formed of the photosensitive resin are used as cores, and the free photosensitive resin bridges the cores. I guess that. This aggregated structure has a particle size of 1 μm or more.

なお、この凝集構造や空気中の不純物が感光性組成物に存在している場合、基材に感光性組成物を塗布して光照射することにより得られる高分子膜は、時には数十μmの大きさの相分離構造を形成する場合がある。このまま高分子複合体として用いることも可能であるが、用途によっては大きな相分離構造の形成が除去された方が望ましい場合もある。例えば、光の波長より大きなサイズを有しており、なおかつ光の屈折率の異なる部位が光硬化した高分子膜に存在すると、光の散乱や濁度を示す原因となり透明性が著しく低下するためである。そのため凝集構造のような大きな粒子を感光性組成物中から除去するために、当該感光性組成物をろ過しても良い。ろ過の方法は一般に知られている公知の方法で行うことができるが、加圧ろ過、減圧ろ過などがろ過の方法として挙げられる。ろ過膜については、例えば、1μm以上のものをろ別できるものであれば特に限定されないが、例としてセルロースアセテート製メンブレンろ過膜などが挙げられる。   In addition, when this aggregated structure and impurities in the air are present in the photosensitive composition, the polymer film obtained by applying the photosensitive composition to the substrate and irradiating with light is sometimes several tens of μm. A phase-separated structure having a size may be formed. Although it can be used as it is as a polymer composite, it may be desirable to remove the formation of a large phase separation structure depending on the application. For example, if a part having a size larger than the wavelength of light and having a different refractive index of light is present in the photocured polymer film, the transparency is significantly reduced due to light scattering and turbidity. It is. Therefore, in order to remove large particles such as an aggregate structure from the photosensitive composition, the photosensitive composition may be filtered. Although the filtration method can be performed by a publicly known method, pressure filtration, vacuum filtration and the like can be mentioned as filtration methods. The filtration membrane is not particularly limited as long as, for example, a filter having a size of 1 μm or more can be filtered, and examples thereof include a membrane filtration membrane made of cellulose acetate.

なお、本発明の感光性組成物は界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、親水性−疎水性のユニットなどを有するブロック共重合体からなる高分子ミセル材料などが挙げられる。これらのうち、ノニオン性界面活性剤であることが好ましく、特に、光架橋可能な感光基を有さずオキシエチレンからなる繰り返し単位を有するノニオン性界面活性剤であることが好ましい。このような光架橋可能な感光基を有さずオキシエチレンからなる繰り返し単位を有するノニオン性界面活性剤の非限定的な例としては、2−エチル−ヘキシル、ラウリル、ステアリルなどの直鎖アルキル基を、片末端又は両末端に有するポリエチレングリコール(オリゴマーおよびポリマー)が挙げられる。   In addition, the photosensitive composition of this invention may contain surfactant. Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, a polymer micelle material made of a block copolymer having a hydrophilic-hydrophobic unit, and the like. Among these, nonionic surfactants are preferable, and nonionic surfactants having a repeating unit composed of oxyethylene without a photocrosslinkable photosensitive group are particularly preferable. Non-limiting examples of nonionic surfactants having a repeating unit composed of oxyethylene without having a photocrosslinkable photosensitive group include linear alkyl groups such as 2-ethyl-hexyl, lauryl, and stearyl. Are polyethylene glycol (oligomer and polymer) having one or both ends.

このような本発明の感光性組成物を基材上に塗布して塗布膜を形成し、この塗付膜に光を照射し硬化して高分子膜を形成することにより、基材と基材上に設けられた高分子膜とからなる高分子複合体が形成される。   Such a photosensitive composition of the present invention is applied onto a substrate to form a coating film, and the coating film is irradiated with light and cured to form a polymer film. A polymer composite composed of the polymer film provided thereon is formed.

本発明の感光性組成物を光硬化した高分子膜は親水性に富んでいる。これは、ポリエチレングリコールにおいて、感光性樹脂の両末端に感光基が導入しており、疎水性−親水性−疎水性の形態であるため、疎水性の感光基ユニットが常に会合しているコア部に存在し、その周囲を親水性のポリエチレングリコール鎖が取り巻いている構造となり、表面への疎水部の露出が無いためと推測される。また、親水性表面への影響を与えると推測されるナノ微粒子の大きさが平均粒径150nm以下なので、ナノ微粒子が高分子膜内部に存在し塗布膜および光硬化した高分子膜の架橋点として寄与するため、高分子膜表面に露出しないと推測される。それゆえ、本発明の感光性組成物を光硬化した高分子膜は、例えば基材上を親水化する用途などに用いることができる。   The polymer film obtained by photocuring the photosensitive composition of the present invention is rich in hydrophilicity. This is because, in polyethylene glycol, photosensitive groups are introduced at both ends of the photosensitive resin, and in the form of hydrophobic-hydrophilic-hydrophobic, the core portion where hydrophobic photosensitive group units are always associated. This is presumed to be due to the structure in which hydrophilic polyethylene glycol chains are surrounded around the periphery and there is no exposure of the hydrophobic portion to the surface. In addition, since the size of the nanoparticle, which is estimated to affect the hydrophilic surface, is an average particle size of 150 nm or less, the nanoparticle exists inside the polymer film and serves as a cross-linking point between the coating film and the photocured polymer film. Since it contributes, it is estimated that it is not exposed to the polymer film surface. Therefore, the polymer film obtained by photocuring the photosensitive composition of the present invention can be used, for example, for the purpose of hydrophilizing the substrate.

本発明の感光性組成物を用いて光硬化した高分子膜、すなわち、高分子複合体表面の水に対する接触角は、好ましくは70゜以下であり、さらに好ましくは45゜以下である。なお、親水性の指標となる静的接触角の測定方法を例示すると、ファースト・テン・オングストロームズ(First Ten Ångstroms)社製の測定装置「FTÅ125」を用い、大気下、温度25℃、湿度50%の条件下で光硬化した高分子複合体の高分子膜の表面に水の液滴を約2μl滴下し、8秒後の接触角を読み取る方法を挙げることができる。   The contact angle of the polymer film photocured with the photosensitive composition of the present invention, that is, the polymer composite surface, with respect to water is preferably 70 ° or less, more preferably 45 ° or less. As an example of a method for measuring the static contact angle, which is an index of hydrophilicity, a measurement apparatus “FTÅ125” manufactured by First Ten Angstroms Co., Ltd. is used, and a temperature of 25 ° C. and a humidity of 50 are used. An example is a method in which about 2 μl of water droplets are dropped on the surface of the polymer film of the polymer composite photocured under the condition of%, and the contact angle after 8 seconds is read.

なお、感光性組成物を塗布する基材の形状および材質は特に制限されない。基材の材質としては、例えば、ガラス、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、シリコン、ダイヤモンド、金属、セラミックスが挙げられる。また、基材の形状としては、例えば、板状、曲面を持った板状、繊維状、ミクロポーラスな表面構造を有する基材、キャピラリー形状、管状などが挙げられる。これらのうち、材質としては、ガラス、熱可塑性樹脂が、形状としては板状のものが、好適に使用することができる。マスクを介してパターン構造物を作成するのに好適に使用することが可能だからである。   In addition, the shape and material of the base material to which the photosensitive composition is applied are not particularly limited. Examples of the material for the base material include glass, thermoplastic resin, thermosetting resin, silicon, diamond, metal, and ceramics. Examples of the shape of the substrate include a plate shape, a plate shape having a curved surface, a fiber shape, a substrate having a microporous surface structure, a capillary shape, and a tubular shape. Of these, glass and thermoplastic resin can be preferably used as the material, and a plate can be used as the shape. This is because it can be suitably used to create a pattern structure through a mask.

本発明の感光性組成物の基材上への塗布操作は、一般に知られている方法でよい。塗布方法を例示すると、スピンコーティング法、ディッピング法、キャスト法などがある。特に好ましくは、スピンコーティング法である。   Application | coating operation on the base material of the photosensitive composition of this invention may be a generally known method. Examples of coating methods include spin coating, dipping, and casting. Particularly preferred is a spin coating method.

また、基材の表面に汚染がある場合、感光性樹脂やナノ微粒子の高次の凝集が起きやすくなることがある。凝集を防ぐために、基材表面の洗浄工程を任意に行うことができる。基材の洗浄方法は公知の方法でよいが、例えば、有機溶剤洗浄、アルカリ水溶液洗浄、フッ酸水溶液洗浄などの湿式の洗浄方法、圧縮空気洗浄、オゾン洗浄、プラズマ処理洗浄などの乾式の洗浄方法が挙げられる。   In addition, when the surface of the base material is contaminated, high-order aggregation of the photosensitive resin or nano-particles may easily occur. In order to prevent agglomeration, the substrate surface can be optionally washed. The substrate cleaning method may be a known method. For example, wet cleaning methods such as organic solvent cleaning, alkaline aqueous solution cleaning, and hydrofluoric acid aqueous solution cleaning, and dry cleaning methods such as compressed air cleaning, ozone cleaning, and plasma treatment cleaning. Is mentioned.

基材上に塗布された感光性組成物の厚みは塗布可能な限り特に限定されないが、好適な膜厚は5nm〜10μmである。膜厚が5nm未満では、均一に膜形成されているかを確認することが容易ではない。また、膜厚が10μmを超えるものを作成する場合は、感光性組成物の溶液の粘度を高くすることが必要となり、塗布工程上の問題が発生しやすくなるためである。勿論、この問題点を考慮に入れて上記範囲外の膜厚とすることは可能である。   Although the thickness of the photosensitive composition apply | coated on the base material is not specifically limited as long as application | coating is possible, A suitable film thickness is 5 nm-10 micrometers. If the film thickness is less than 5 nm, it is not easy to confirm whether the film is uniformly formed. Further, when a film having a film thickness exceeding 10 μm is prepared, it is necessary to increase the viscosity of the solution of the photosensitive composition, and problems in the coating process are likely to occur. Of course, it is possible to make the film thickness out of the above range in consideration of this problem.

基材上に感光性組成物を塗布後、必要に応じて加熱処理を行ってもよい。加熱処理条件に特に限定はないが、通常は30〜150℃で1分〜10時間程度、好ましくは35℃〜120℃で3分〜1時間程度である。   You may heat-process as needed after apply | coating the photosensitive composition on a base material. There are no particular limitations on the heat treatment conditions, but usually it is 30 to 150 ° C. for 1 minute to 10 hours, preferably 35 ° C. to 120 ° C. for 3 minutes to 1 hour.

また、基材上に塗布された感光性組成物の全面を露光(光照射)しても、所望のパターンに露光してもよい。パターン露光をした場合は、露光後現像して未露光領域を除去することにより任意のパターン形状の高分子膜を基材上に有する高分子複合体を得ることができる。   Moreover, you may expose the whole surface of the photosensitive composition apply | coated on the base material to a desired pattern, even if it exposes (light irradiation). In the case of pattern exposure, a polymer composite having a polymer film having an arbitrary pattern shape on a substrate can be obtained by developing after exposure and removing an unexposed region.

パターン露光をする場合は、マスクを介して露光を行えばよい。任意のパターンを形成させるためのマスクとしては、所望のパターンが切り抜かれているマスク又は所望のパターンのみから構成されるマスクを使用することができる。なお、本発明の感光性組成物は上記所定の感光性樹脂を有するが、平均粒径150nm以下のナノ微粒子を有するためか、解像度は良好である。   When pattern exposure is performed, exposure may be performed through a mask. As a mask for forming an arbitrary pattern, a mask from which a desired pattern is cut out or a mask composed of only a desired pattern can be used. In addition, although the photosensitive composition of this invention has the said predetermined photosensitive resin, since it has a nanoparticle with an average particle diameter of 150 nm or less, the resolution is favorable.

露光する際の光源は、感光性樹脂を感光可能な光源であれば特に限定されない。例えば、光源としてX線、電子線、エキシマレーザー(F2、ArF、KrFレーザーなど)及び高圧水銀灯を用いることができる。露光エネルギーは感光性の官能基の構造、用いる光源のエネルギーに応じて適宜設定すればよく、通常0.1mJ/cm2〜100J/cm2であり、特に100mJ/cm2〜10J/cm2程度が好ましい。 The light source at the time of exposure is not particularly limited as long as it is a light source capable of exposing a photosensitive resin. For example, an X-ray, an electron beam, an excimer laser (F 2 , ArF, KrF laser, etc.) and a high-pressure mercury lamp can be used as the light source. Structure of exposure energy photosensitive functional group, used may be appropriately set according to the energy of the light source is usually 0.1mJ / cm 2 ~100J / cm 2 , especially 100mJ / cm 2 ~10J / cm 2 of about Is preferred.

全面露光した場合、必要に応じて加熱後、水による洗浄を行ってもよい。加熱処理の条件は、通常は30〜150℃で1分〜10時間程度、好ましくは35〜120℃で3分〜1時間程度である。また、パターン露光により光硬化した高分子複合体の物性が変化した後、必要に応じて加熱後、現像処理を行うことができる。この加熱処理の条件は、全面露光した場合と同様である。   When the entire surface is exposed, washing with water may be performed after heating as necessary. The conditions for the heat treatment are usually 30 to 150 ° C. for about 1 minute to 10 hours, preferably 35 to 120 ° C. for about 3 minutes to 1 hour. In addition, after the physical properties of the polymer composite photocured by pattern exposure change, development processing can be performed after heating as necessary. The conditions for this heat treatment are the same as when the entire surface is exposed.

現像する際の現像液については、未露光領域と露光領域との溶解度差を十分に有しているものであれば特に限定されない。感光性組成物の塗布膜の未露光領域を溶解できる溶媒としては、水や、水と相溶性のある有機溶媒と水との混合溶液等を用いることができる。水と相溶性のある有機溶媒の非限定的な例として、アセトンなどのケトン類、メタノールなどのアルコール類、アセトニトリル、テトラヒドロフランなどが挙げられる。これらを用いる場合には、特に現像残りの無い良好なパターンを好適に作製できる。また、現像液は上述したように混合溶液としてもよく、その濃度は未露光領域を溶解する限り特に限定的ではないが、例えば、現像液が水とメタノールとの混合溶液であれば、メタノールの濃度が0より大きく100%未満の任意の値をとることができる。   The developing solution for development is not particularly limited as long as it has a sufficient difference in solubility between the unexposed area and the exposed area. As a solvent that can dissolve the unexposed region of the coating film of the photosensitive composition, water, a mixed solution of water and an organic solvent compatible with water, or the like can be used. Non-limiting examples of organic solvents compatible with water include ketones such as acetone, alcohols such as methanol, acetonitrile, tetrahydrofuran and the like. In the case of using these, a good pattern having no development residue can be suitably produced. Further, the developer may be a mixed solution as described above, and the concentration thereof is not particularly limited as long as it dissolves the unexposed area. For example, if the developer is a mixed solution of water and methanol, The density can be any value greater than 0 and less than 100%.

現像は、露光後の被処理物を現像液に浸漬する方法、被処理物に現像液を塗付・スプレーする方法などにより行うことができる。現像によるパターン形成後は、必要に応じてリンス、乾燥工程などを加えることもできる。   Development can be performed by a method of immersing the processed object after exposure in a developer, a method of applying and spraying the developer to the object to be processed, or the like. After pattern formation by development, rinsing, a drying process, etc. can be added as necessary.

本発明の感光性組成物を光硬化することにより得られる上記高分子膜を基材上に有する高分子複合体は、乾燥状態、加湿状態、溶液中のいずれの環境下でも、好適に用いることができる。乾燥状態、加湿状態においても十分にその構造を維持することが可能であるのみならず、37℃程度の有機溶媒中、水中または水系溶媒中下においても、長期間、例えば1日以上、さらに10日以上安定にその構造を維持する。溶液下、特に水又は水系溶媒中下で安定に存在できることは重要であり、特に医療デバイスなどに用いる際には、そのデバイス表面は乾燥状態や水溶液、さらには有機溶媒溶液にさらされることが多く、そのどれにも耐性を有していることが求められるからである。   The polymer composite having the above-described polymer film obtained by photocuring the photosensitive composition of the present invention on a substrate is preferably used in any of a dry state, a humidified state, and a solution. Can do. Not only can the structure be sufficiently maintained in a dry state or a humidified state, but also in an organic solvent at about 37 ° C., in water or in an aqueous solvent, for a long period of time, for example, 1 day or more, and further 10 Maintain its structure stably for more than a day. It is important to be able to exist stably in a solution, particularly in water or an aqueous solvent, and the surface of the device is often exposed to a dry state, an aqueous solution, or an organic solvent solution, particularly when used for medical devices. This is because it is required to have resistance to any of them.

ここで水系溶媒は、水を含有している溶液であれば特に限定されない。水系溶媒としては、例えば、アセトンなどのケトン類、メタノールなどのアルコール類、アセトニトリル、テトラヒドロフランなど水と相溶する有機溶媒と水との混合物、リン酸ニ水素カリウム・リン酸水素ニナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム・炭酸ナトリウム水溶液などの緩衝液、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウムなどの無機・有機塩水溶液、グルコース、ガラクトース、ブドウ糖、澱粉、ヘパリン、ヘパラン硫酸などの、単糖、多糖を含む糖類水溶液、タンパク質水溶液、DNA、RNA水溶液、液体培地、さらにはそれらの混合物を挙げることができる。また水中又は水系溶媒中に溶解せず分散するものを含んでいてもよく、非限定的に例示すると、クレイなどの鉱物類、金ナノ粒子などの金属ナノ微粒子、ポリスチレンビーズ、ラテックス粒子などの高分子ナノ微粒子、動物細胞、植物細胞、微生物、ウイルスなどや、これらの混合物を挙げることができる。   Here, the aqueous solvent is not particularly limited as long as it is a solution containing water. Examples of the aqueous solvent include ketones such as acetone, alcohols such as methanol, a mixture of water and an organic solvent compatible with water such as acetonitrile and tetrahydrofuran, potassium dihydrogen phosphate / disodium hydrogen phosphate aqueous solution, carbonic acid Buffers such as sodium hydrogen carbonate and sodium carbonate solutions, inorganic and organic salt solutions such as sodium chloride, potassium chloride, and ammonium chloride, and saccharide solutions containing monosaccharides and polysaccharides such as glucose, galactose, glucose, starch, heparin, heparan sulfate, etc. , Protein aqueous solutions, DNA, RNA aqueous solutions, liquid media, and mixtures thereof. In addition, it may include those that do not dissolve in water or aqueous solvents, and non-limiting examples include minerals such as clay, metal nanoparticles such as gold nanoparticles, polystyrene beads, latex particles, and the like. Examples thereof include molecular nanoparticles, animal cells, plant cells, microorganisms, viruses and the like, and mixtures thereof.

また本発明の高分子複合体を用いることができる温度は、高分子膜や、高分子膜及び基材からなる高分子複合体が不安定にならない限り特に限定されないが、4℃〜80℃の間で好適に用いることができ、10〜60℃の間で特に好適に用いることができる。4℃未満では一部水が凍結して光硬化した高分子膜又は高分子複合体の安定性を損なう可能性があり、80℃を超えると感光性樹脂の感光性基などが分解され高分子複合体を保持し得なくなる可能性があるからである。   The temperature at which the polymer composite of the present invention can be used is not particularly limited as long as the polymer film or the polymer composite comprising the polymer film and the substrate does not become unstable. It can be used suitably, and it can use especially suitably between 10-60 degreeC. If the temperature is lower than 4 ° C, the water may partially freeze and the stability of the polymer film or polymer composite may be impaired. If the temperature exceeds 80 ° C, the photosensitive group of the photosensitive resin is decomposed and the polymer is decomposed. This is because the composite may not be retained.

本発明の高分子複合体が有する高分子膜の貯蔵弾性率G’は、15Pa・s以上となるため、水中での力学的強度が高い。なお、貯蔵弾性率G’は、ゴム様の弾性体の特性を表すパラメーターであり、この値が高いほどより硬いため、力学的強度に優れていることを意味する。また、貯蔵弾性率G’値は、溶液中の架橋点密度を示している。本発明の感光性組成物の系では溶液中の架橋点密度は、会合体―会合体間の疎水性相互作用によってできた橋かけ(架橋)している構造(二次構造)の架橋点数を示していると考えられる。すなわち、この貯蔵弾性率G’値が高い高分子膜ほど、溶液中で多くの架橋点によるネットワーク構造が存在していることが示唆され、かつ塗布膜作成の過程の濃度上昇で、疎水性相互作用している会合体同士が凝集して、より密な構造体ができることが予想される。したがって、この貯蔵弾性率G’値が高い高分子膜を有する高分子複合体ほど、水中での力学的強度が高い。特に貯蔵弾性率G’が25Pa・s以上であることが好ましい。   Since the storage elastic modulus G ′ of the polymer film of the polymer composite of the present invention is 15 Pa · s or more, the mechanical strength in water is high. The storage elastic modulus G ′ is a parameter representing the characteristics of a rubber-like elastic body, and the higher the value, the harder it is meant that the mechanical strength is excellent. The storage elastic modulus G ′ value indicates the density of cross-linking points in the solution. In the system of the photosensitive composition of the present invention, the crosslinking point density in the solution is the number of crosslinking points of the structure (secondary structure) that is crosslinked (crosslinked) formed by the hydrophobic interaction between the aggregates and the aggregates. It is thought that it shows. That is, it is suggested that a polymer film having a higher storage elastic modulus G ′ value has a network structure due to more crosslinking points in the solution, and the hydrophobic concentration increases in the process of forming the coating film. It is expected that the acting aggregates aggregate to form a denser structure. Therefore, the polymer composite having a polymer film having a higher storage elastic modulus G ′ value has higher mechanical strength in water. In particular, the storage elastic modulus G ′ is preferably 25 Pa · s or more.

貯蔵弾性率G’の測定方法を例示すると、レオロジカ(REOLOGICA)社製の測定装置「VAR−50/100ビスコアナライザー」を用いて測定する。この装置は、光照射しながら動的粘弾性測定を行うことが可能な装置である。なお、照射する露光装置として、高圧水銀灯を光源としたスポット光源を利用し、石英ガラス上に乗せたサンプルへ下から光照射することにより、光硬化物を得ることができる。石英ガラス上では、サンプル−測定プレートの順にサンプルがプレートと石英ガラスに挟まれており、光未照射時(未硬化)から照射中(光硬化中)、照射後(光硬化後)の貯蔵弾性率G’を測定することが可能である。貯蔵弾性率G’の測定条件の詳細は試験例3に記載する。   As an example of a method for measuring the storage elastic modulus G ′, the storage elastic modulus G ′ is measured using a measuring device “VAR-50 / 100 Viscoanalyzer” manufactured by REOLOGICA. This device is a device capable of performing dynamic viscoelasticity measurement while irradiating light. In addition, a photocured material can be obtained by using a spot light source that uses a high-pressure mercury lamp as a light source as an exposure apparatus to irradiate, and irradiating light onto the sample placed on the quartz glass from below. On quartz glass, the sample is sandwiched between the plate and the quartz glass in the order of sample-measurement plate. Storage elasticity after irradiation (after photocuring) from when light is not irradiated (uncured) to during irradiation (photocuring) It is possible to measure the rate G ′. Details of the measurement conditions of the storage modulus G ′ are described in Test Example 3.

以下、本発明について実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)感光性組成物IおよびIIの調製
フェニルアジド基とシンナモイル構造を有する感光基を両末端に付与したポリエチレングリコールである下記式で表される感光性樹脂A(ポリエチレングリコール主鎖が平均分子量2000(n=45))又は感光性樹脂B(ポリエチレングリコール主鎖が平均分子量10000(n=225))(共に東洋合成工業(株)製)の水溶液と、表2に示す各ナノ微粒子(平均粒径150nm以下)の水分散液と水とを混合し、感光性樹脂及びナノ微粒子の濃度が表3に示す濃度となるようにそれぞれ溶液を調製した。得られた各溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物I−1〜I−8、II−1〜II−8を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples at all.
Example 1 Preparation of Photosensitive Compositions I and II Photosensitive Resin A represented by the following formula, which is a polyethylene glycol having a phenyl azide group and a photosensitive group having a cinnamoyl structure at both ends. An aqueous solution having an average molecular weight of 2000 (n = 45)) or photosensitive resin B (polyethylene glycol main chain having an average molecular weight of 10000 (n = 225)) (both manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) and each nanoparticle shown in Table 2 An aqueous dispersion having an average particle size of 150 nm or less and water were mixed, and solutions were prepared so that the concentrations of the photosensitive resin and nanoparticles were as shown in Table 3. By filtering each obtained solution with a 0.45 μm filter, photosensitive compositions I-1 to I-8 and II-1 to II-8 were obtained.

Figure 0004768569
Figure 0004768569

(比較例1)感光性組成物IIIの調製
各ナノ微粒子を添加しない以外は実施例1と同様にして、表3に示す濃度の溶液を調製した。得られた各溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物III−1〜III−2を得た。
(Comparative Example 1) Preparation of Photosensitive Composition III Solutions having the concentrations shown in Table 3 were prepared in the same manner as in Example 1 except that each nanoparticle was not added. Each obtained solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain photosensitive compositions III-1 to III-2.

(実施例2)感光性組成物IVの調製
感光性樹脂Aの代わりに下記式で表される感光性樹脂Cを用いた以外は、実施例1と同様にして、表3に示す濃度の溶液を調製した。得られた各溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物IV−1〜IV−8を得た。
(Example 2) Preparation of photosensitive composition IV A solution having the concentration shown in Table 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that photosensitive resin C represented by the following formula was used instead of photosensitive resin A. Was prepared. Each obtained solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain photosensitive compositions IV-1 to IV-8.

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(実施例3)感光性組成物Vの調製
感光性樹脂Aの水溶液と、表2のコロイダルシリカ(デュポン社製:LUDOX)と、水とを混合し、感光性樹脂及びナノ微粒子の濃度が表4に示す濃度となるようにそれぞれ溶液を調製した。得られた水溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物V−1〜V−6を得た。
(Example 3) Preparation of photosensitive composition V An aqueous solution of photosensitive resin A, colloidal silica (manufactured by DuPont: LUDOX) in Table 2 and water were mixed, and the concentrations of the photosensitive resin and nanoparticles were expressed. Solutions were prepared so that the concentrations shown in 4 were obtained. The obtained aqueous solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain photosensitive compositions V-1 to V-6.

(実施例4)感光性組成物VIの調製
片末端ラウリル化ポリエチレングリコール(ノニオン系界面活性剤、オキシエチレンユニット数=20、商品名:ペグノ−ルL−20S:東邦化学工業(株)製)と、感光性樹脂Aと、表2のコロイダルシリカ(デュポン社製:LUDOX)と、水とを混合し、ノニオン系界面活性剤、感光性樹脂及びナノ微粒子の濃度が表5に示す濃度となるようにそれぞれ溶液を調製した。得られた水溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物VI−1及びVI−2を得た。
(Example 4) Preparation of photosensitive composition VI Single-terminal laurylated polyethylene glycol (nonionic surfactant, number of oxyethylene units = 20, trade name: Peganol L-20S: manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd.) And photosensitive resin A, colloidal silica (DuPont: LUDOX) in Table 2 and water are mixed, and the concentrations of the nonionic surfactant, the photosensitive resin, and the nanoparticles are the concentrations shown in Table 5. Each solution was prepared as follows. The obtained aqueous solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain photosensitive compositions VI-1 and VI-2.

(比較例2)感光性組成物VIIの調製
ナノ微粒子として、平均粒径185nmのアルミニウムオキシド分散液(アルドリッチ製)を用いた以外は実施例1と同様にして、表3に示す濃度の溶液を調製した。得られた水溶液は、0.45μmフィルターでろ過することができなかったため、未ろ過の状態で感光性組成物VIIとした。
(Comparative Example 2) Preparation of Photosensitive Composition VII A solution having a concentration shown in Table 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that an aluminum oxide dispersion (manufactured by Aldrich) having an average particle diameter of 185 nm was used as the nanoparticle. Prepared. Since the obtained aqueous solution was not able to be filtered with a 0.45 micrometer filter, it was set as the photosensitive composition VII in the unfiltered state.

(実施例5)感光性組成物VIII−1の調製
感光性樹脂Aの水溶液と、表2のコロイダルシリカ(デュポン社製:LUDOX)と、水とを混合し、感光性樹脂及びナノ微粒子の濃度が表6に示す濃度となるように溶液を調製した。得られた水溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物VIII−1を得た。
(Example 5) Preparation of photosensitive composition VIII-1 An aqueous solution of photosensitive resin A, colloidal silica shown in Table 2 (manufactured by DuPont: LUDOX), and water were mixed, and the concentration of the photosensitive resin and nanoparticles was mixed. Was prepared so that the concentration becomes as shown in Table 6. The obtained aqueous solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain a photosensitive composition VIII-1.

(比較例3)感光性組成物VIII−2の調製
ナノ微粒子を添加しない以外は実施例5と同様にして、表6に示す濃度の溶液を調製した。得られた各溶液を0.45μmフィルターでろ過することにより、感光性組成物VIII−2を得た。
(Comparative Example 3) Preparation of Photosensitive Composition VIII-2 Solutions having the concentrations shown in Table 6 were prepared in the same manner as in Example 5 except that the nanoparticles were not added. Each obtained solution was filtered with a 0.45 μm filter to obtain a photosensitive composition VIII-2.

(試験例1)平均粒径測定
実施例1〜4及び比較例1〜2の各感光性組成物ついて、動的光散乱測定装置(マルバーン社製の測定装置、「HPPSゼータサイザー ナノS」)を用いて、動的光散乱(DLS)測定を行った。測定は、25℃、大気雰囲気下、90秒間積算を行い、その平均から求めた。また、表2に示す各ナノ微粒子分散液についても、同様に測定して、平均粒径を求めた。得られた結果を表2〜表5に示す。
(Test example 1) Average particle diameter measurement About each photosensitive composition of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, a dynamic light-scattering measuring apparatus (The measuring apparatus by Malvern, "HPPS zeta sizer nano S") Was used for dynamic light scattering (DLS) measurement. The measurement was carried out by integrating for 90 seconds in an air atmosphere at 25 ° C., and the average was obtained. In addition, each nanoparticle dispersion shown in Table 2 was measured in the same manner to obtain an average particle size. The obtained results are shown in Tables 2 to 5.

この結果、各実施例の感光性組成物は、粒径5nm〜2μm以上の広い範囲で、会合体を形成していることがわかった。また、得られた感光性組成物の粒径分布において単分散を示す粒径分布が多かったこと、そして表2に示したナノ微粒子の平均粒径と感光性組成物の動的光散乱測定結果の平均粒径が異なるが、使用したナノ微粒子単独の大きさと感光性樹脂単独の大きさとを単純に合わせた平均粒径に当てはまらないことから、ナノ微粒子と感光性樹脂はそれぞれ単独で溶媒中に存在しているのではなく、感光性樹脂により形成された会合体やナノ微粒子をコアとし、両末端に光架橋可能な官能基を有するポリエチレングリコール(感光性樹脂)がコア間を橋かけしてサイズが大きくなった会合体を形成していると推測される。また、感光性樹脂濃度を5wt%に固定し、添加するナノ微粒子濃度を0.5〜10wt%とした感光性組成物V−1〜V−6では、粒径分布は単分散であり、しかも添加するナノ微粒子の濃度を上下させることによって、感光性組成物の動的光散乱測定結果の平均粒径の大きさも上下することがわかった。したがって、添加するナノ微粒子濃度を変化させることにより、会合体の粒径の制御が可能であることがわかった。   As a result, it was found that the photosensitive composition of each example formed an aggregate in a wide range having a particle diameter of 5 nm to 2 μm or more. In addition, the particle size distribution of the obtained photosensitive composition had a large particle size distribution indicating monodispersion, and the average particle size of nanoparticles shown in Table 2 and the results of dynamic light scattering measurement of the photosensitive composition However, since the average particle size does not apply to the average particle size obtained by simply combining the size of the nanoparticle alone and the size of the photosensitive resin alone, the nanoparticle and the photosensitive resin are each in the solvent alone. Polyethylene glycol (photosensitive resin) with functional groups capable of photocrosslinking at both ends is bridged between the cores, with aggregates and nanoparticles formed from photosensitive resin as the core. It is presumed that an aggregate with an increased size is formed. In the photosensitive compositions V-1 to V-6 in which the photosensitive resin concentration is fixed to 5 wt% and the added nanoparticle concentration is 0.5 to 10 wt%, the particle size distribution is monodisperse, It was found that the average particle size in the dynamic light scattering measurement result of the photosensitive composition also increased and decreased by increasing and decreasing the concentration of the nano-particles to be added. Therefore, it was found that the particle size of the aggregate can be controlled by changing the concentration of the added nanoparticle.

Figure 0004768569
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(実施例6)感光性組成物Iを用いた高分子複合体
感光性組成物I−1をソーダライム製スライドガラス(松浪硝子工業(株)製)に滴下後、スピンコーティング法(1000rpm×30秒)により塗布膜を作成し、60℃で10分乾燥後、室温まで冷却した。その後高圧水銀灯によって全面露光(露光量:1000mJ/cm2)を行った。25℃の水中で1分間洗浄を行った後、60℃で10分間乾燥を行い、基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 6) Polymer composite using photosensitive composition I The photosensitive composition I-1 was dropped onto a soda lime slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd.), and then a spin coating method (1000 rpm x 30). Second), a coating film was prepared, dried at 60 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature. Thereafter, whole surface exposure (exposure amount: 1000 mJ / cm 2 ) was performed with a high-pressure mercury lamp. After washing in water at 25 ° C. for 1 minute, drying was performed at 60 ° C. for 10 minutes to obtain a polymer composite having a polymer film photocured on the substrate.

(実施例7)
露光する際直径100μmのホールが多数配設されたパターンが得られるようにマスクを介して露光する以外は実施例6と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 7)
In the same manner as in Example 6 except that exposure is performed through a mask so that a pattern in which a large number of holes having a diameter of 100 μm are arranged is obtained, a polymer film having holes is formed on the substrate surface. A molecular complex was obtained.

(実施例8)
露光する際100μm/200μmのライン/スペースパターンが得られるようにマスクを介して露光する以外は、実施例6と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 8)
A polymer film on which a 100 μm / 200 μm line / space pattern was formed was used in the same manner as in Example 6 except that the exposure was performed through a mask so that a 100 μm / 200 μm line / space pattern was obtained. A polymer composite on the material surface was obtained.

(実施例9)
感光性組成物I−1をソーダライム製22mmφカバーガラス(松浪硝子工業(株)製)に滴下後、スピンコーティング法(2500rpm×30秒)により塗布膜を作成し、60℃で10分乾燥後、室温まで冷却した。その後高圧水銀灯によって全面露光(露光量:1000mJ/cm2)を行った。25℃の水中で1分間洗浄を行った後、60℃で10分間乾燥を行い、基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
Example 9
The photosensitive composition I-1 was dropped on a soda lime 22 mmφ cover glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd.), a coating film was prepared by spin coating (2500 rpm × 30 seconds), and dried at 60 ° C. for 10 minutes. And cooled to room temperature. Thereafter, whole surface exposure (exposure amount: 1000 mJ / cm 2 ) was performed with a high-pressure mercury lamp. After washing in water at 25 ° C. for 1 minute, drying was performed at 60 ° C. for 10 minutes to obtain a polymer composite having a polymer film photocured on the substrate.

(実施例10)
露光する際、直径100μmのホールが多数配設されたパターンが得られるようにマスクを介して露光する以外は実施例9と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 10)
When exposing, a polymer film having holes formed thereon is provided on the substrate surface in the same manner as in Example 9 except that exposure is performed through a mask so as to obtain a pattern in which many holes having a diameter of 100 μm are provided. A polymer composite was obtained.

(実施例11)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物I−5を用いた以外は、実施例9と同様にして、基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 11)
A polymer composite having a photocured polymer film on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition I-5 was used instead of the photosensitive composition I-1. .

(実施例12)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物I−5を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 12)
Except for using photosensitive composition I-5 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例13)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物I−7を用いた以外は、実施例9と同様にして、基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 13)
A polymer composite having a photocured polymer film on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition I-7 was used instead of the photosensitive composition I-1. .

(実施例14)感光性組成物IIを用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物II−1を用いた以外は、実施例8と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 14) Polymer composite using photosensitive composition II In the same manner as in example 8, except that photosensitive composition II-1 was used instead of photosensitive composition I-1, 100 µm / A polymer composite having a polymer film with a 200 μm line / space pattern formed on the substrate surface was obtained.

(実施例15)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物II−4を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 15)
A polymer composite having a photocured polymer film on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition II-4 was used instead of the photosensitive composition I-1.

(実施例16)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物II−7を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 16)
A polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface is obtained in the same manner as in Example 10 except that the photosensitive composition II-7 is used instead of the photosensitive composition I-1. Obtained.

(実施例17)感光性組成物IVを用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物IV−5を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 17) Polymer composite using photosensitive composition IV On the substrate in the same manner as in Example 9, except that photosensitive composition IV-5 was used instead of photosensitive composition I-1. A polymer composite having a photocured polymer film was obtained.

(実施例18)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物IV−8を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 18)
A polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10 except that the photosensitive composition IV-8 was used instead of the photosensitive composition I-1. Obtained.

(実施例19)感光性組成物V−1を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−1を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 19) Polymer composite using photosensitive composition V-1 Except that photosensitive composition V-1 was used instead of photosensitive composition I-1, the same procedure was followed as in Example 9. A polymer composite having a polymer film photocured on the material was obtained.

(実施例20)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−1を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 20)
A polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10 except that the photosensitive composition V-1 was used instead of the photosensitive composition I-1. Obtained.

(実施例21)感光性組成物V−2を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−2を用いた以外は、実施例8と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 21) Polymer composite using photosensitive composition V-2 Except for using photosensitive composition V-2 instead of photosensitive composition I-1, the same as in Example 8, A polymer composite having a polymer film with a 100 μm / 200 μm line / space pattern formed on the substrate surface was obtained.

(実施例22)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−2を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 22)
A polymer composite having a polymer film photocured on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition V-2 was used instead of the photosensitive composition I-1.

(実施例23)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−2を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 23)
Except for using photosensitive composition V-2 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例24)感光性組成物V−3を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−3を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 24) Polymer composite using photosensitive composition V-3 Except that photosensitive composition V-3 was used instead of photosensitive composition I-1, the same procedure was followed as in Example 9. A polymer composite having a polymer film photocured on the material was obtained.

(実施例25)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−3を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 25)
Except for using photosensitive composition V-3 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例26)感光性組成物V−4を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−4を用いた以外は、実施例8と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 26) Polymer composite using photosensitive composition V-4 Except for using photosensitive composition V-4 instead of photosensitive composition I-1, the same as in Example 8, A polymer composite having a polymer film with a 100 μm / 200 μm line / space pattern formed on the substrate surface was obtained.

(実施例27)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−4を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 27)
A polymer composite having a polymer film photocured on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition V-4 was used instead of the photosensitive composition I-1.

(実施例28)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−4を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 28)
Except for using photosensitive composition V-4 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例29)感光性組成物V−5を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−5を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 29) Polymer composite using photosensitive composition V-5 In the same manner as in Example 9, except that photosensitive composition V-5 was used instead of photosensitive composition I-1. A polymer composite having a polymer film photocured on the material was obtained.

(実施例30)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−5を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 30)
Except for using photosensitive composition V-5 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例31)感光性組成物V−6を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−6を用いた以外は、実施例8と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 31) Polymer composite using photosensitive composition V-6 Except for using photosensitive composition V-6 instead of photosensitive composition I-1, the same as in Example 8, A polymer composite having a polymer film with a 100 μm / 200 μm line / space pattern formed on the substrate surface was obtained.

(実施例32)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−6を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 32)
A polymer composite having a photocured polymer film on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition V-6 was used instead of the photosensitive composition I-1.

(実施例33)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物V−6を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 33)
Except for using photosensitive composition V-6 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例34)感光性組成物VI−1を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VI−1を用いた以外は、実施例8と同様にして、100μm/200μmのライン/スペースパターンが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 34) Polymer composite using photosensitive composition VI-1 Except for using photosensitive composition VI-1 instead of photosensitive composition I-1, the same as in Example 8, A polymer composite having a polymer film with a 100 μm / 200 μm line / space pattern formed on the substrate surface was obtained.

(実施例35)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VI−1を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 35)
A polymer composite having a polymer film photocured on a substrate was obtained in the same manner as in Example 9 except that the photosensitive composition VI-1 was used instead of the photosensitive composition I-1.

(実施例36)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VI−1を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 36)
Except for using photosensitive composition VI-1 instead of photosensitive composition I-1, a polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10. Obtained.

(実施例37)感光性組成物VI−2を用いた高分子複合体
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VI−2を用いた以外は、実施例9と同様にして基材上に光硬化した高分子膜を有する高分子複合体を得た。
(Example 37) Polymer composite using photosensitive composition VI-2 In the same manner as in Example 9, except that photosensitive composition VI-2 was used instead of photosensitive composition I-1. A polymer composite having a polymer film photocured on the material was obtained.

(実施例38)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VI−2を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Example 38)
A polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10 except that the photosensitive composition VI-2 was used instead of the photosensitive composition I-1. Obtained.

(比較例4)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物VIIを用いた以外は、実施例9と同様にして、高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。しかし、感光性組成物I−1〜I−8のような均一な表面は得られず、不均一で相分離を起こした表面が得られた。これは、平均粒径が150nmより大きいナノ微粒子を添加したことにより、ナノ微粒子をコアとして会合体を形成後、会合体間の凝集が密になり、より大きな粒子を形成したため、高分子膜の表面に凝集物が露出し、相分離を起こしたためと推測される。
(Comparative Example 4)
A polymer composite having a polymer film on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 9, except that the photosensitive composition VII was used instead of the photosensitive composition I-1. However, a uniform surface such as the photosensitive compositions I-1 to I-8 was not obtained, and a nonuniform and phase-separated surface was obtained. This is because the addition of nanoparticles having an average particle size of greater than 150 nm resulted in dense aggregates between the aggregates after forming the aggregates with the nanoparticles as the core, and formed larger particles. It is presumed that aggregates were exposed on the surface and phase separation occurred.

(比較例5)
感光性組成物I−1の代わりに感光性組成物III−2を用いた以外は、実施例10と同様にして、ホールが形成された高分子膜を基材表面に有する高分子複合体を得た。
(Comparative Example 5)
A polymer composite having a polymer film with holes formed on the substrate surface was obtained in the same manner as in Example 10 except that the photosensitive composition III-2 was used instead of the photosensitive composition I-1. Obtained.

感光性組成物III−2(比較例5)と感光性組成物I−1〜I−8の塗布膜の均一性を比較したところ、ナノ微粒子添加無しの感光性組成物III−2に比べ、ナノ微粒子を添加した感光性組成物I−1〜I−8のほうがより均一な膜が得られた。この結果によって、ナノ微粒子を添加することにより、塗布膜作成プロセスが向上したことを確認した。   When comparing the uniformity of the coating film of photosensitive composition III-2 (Comparative Example 5) and photosensitive compositions I-1 to I-8, compared to photosensitive composition III-2 without the addition of nanoparticles, A more uniform film was obtained with photosensitive compositions I-1 to I-8 to which nanoparticles were added. Based on this result, it was confirmed that the coating film preparation process was improved by adding nano fine particles.

(試験例2)光硬化した高分子複合体の水に対する静的接触角測定
実施例9〜38のうち全面露光を行ったものについて、高分子膜表面の水に対する静的接触角測定を行った。用いた装置は、ファースト・テン・オングストロームズ(First Ten Ångstroms)社製の静的接触角計「FTÅ125」であり、測定環境は、大気下、25℃、相対湿度50%である。測定は基材上に設けられた高分子膜に、水の液滴を約2μl滴下し、8秒後の接触角を読み取ることで行った。結果を表2および表3に示す。感光性組成物I、II、IV、Vを用いて作成した高分子複合体の高分子膜表面は、接触角が17゜〜66゜範囲で、しかも大部分は17゜〜45゜の親水的表面を示した。
(Test Example 2) Measurement of static contact angle with respect to water of photocured polymer composite Static contact angle measurement with respect to water on the surface of the polymer film was performed for Examples 9 to 38 on which the entire surface was exposed. . The apparatus used is a static contact angle meter “FTÅ125” manufactured by First Ten Angstroms, and the measurement environment is 25 ° C. and 50% relative humidity in the atmosphere. The measurement was performed by dropping about 2 μl of water droplets onto the polymer film provided on the substrate and reading the contact angle after 8 seconds. The results are shown in Table 2 and Table 3. The polymer film surface of the polymer composite prepared using the photosensitive compositions I, II, IV and V has a contact angle in the range of 17 ° to 66 °, and most of the surface is 17 ° to 45 °. Shown surface.

(試験例3)高分子膜の貯蔵弾性率G’測定
実施例5の感光性組成物VIII−1および比較例3の感光性組成物VIII−2を用いて形成した高分子膜について、光未照射時あるいは光照射5000mJ/cm2後の貯蔵弾性率G’の測定を行った。具体的には、レオロジカ(REOLOGICA)社製の測定装置「VAR−50/100ビスコアナライザー」のUV硬化測定セルを用いて測定した。なお、それぞれに共通の測定条件として、測定器具にパラレルプレート(20mmφ)を用い、周波数1Hz、応力1Paとした。また、測定環境は、大気下、25℃、相対湿度50%の条件下で測定した。なお、感光性組成物に光照射する条件は、光照射の照度(UV365nm照度計)5mW、照射時間1000sec.と設定した。測定の結果を表6に示す。
(Test Example 3) Measurement of Storage Elastic Modulus G ′ of Polymer Film A polymer film formed using the photosensitive composition VIII-1 of Example 5 and the photosensitive composition VIII-2 of Comparative Example 3 The storage elastic modulus G ′ was measured during irradiation or after light irradiation of 5000 mJ / cm 2 . Specifically, the measurement was performed using a UV curing measuring cell of a measuring device “VAR-50 / 100 Visco Analyzer” manufactured by REOLOGICA. In addition, as a common measurement condition, a parallel plate (20 mmφ) was used as a measuring instrument, and the frequency was 1 Hz and the stress was 1 Pa. The measurement environment was measured under conditions of 25 ° C. and 50% relative humidity in the atmosphere. The conditions for irradiating the photosensitive composition with light were as follows: illuminance of light irradiation (UV 365 nm illuminometer) 5 mW, irradiation time 1000 sec. Was set. Table 6 shows the measurement results.

固形分濃度20wt%での光5000mJ/cm2照射後の貯蔵弾性率G’値の結果から、感光性組成物VIII−1とVIII−2で比較したところ、感光性組成物VIII−1の方が約5倍高くG’=28.1Pa・sを示すことがわかった。このことから、感光性樹脂とナノ微粒子とを混合した感光性組成物を光硬化後の高分子膜は、ナノ微粒子を添加していない感光性組成物の高分子膜よりも、膜強度が高く、物理的性能が向上した膜を得ることができることを確認した。 From the result of the storage elastic modulus G ′ value after irradiation with light of 5000 mJ / cm 2 at a solid content concentration of 20 wt%, the photosensitive compositions VIII-1 and VIII-2 were compared. Was about 5 times higher and showed G ′ = 28.1 Pa · s. Therefore, the polymer film after photocuring a photosensitive composition in which a photosensitive resin and nanoparticles are mixed has higher film strength than the polymer film of the photosensitive composition to which no nanoparticles are added. It was confirmed that a film with improved physical performance can be obtained.

(試験例4)高分子複合体の溶媒暴露試験
実施例6〜38で得られた高分子複合体を、25℃あるいは37℃で、水中、各種水系溶媒中、または有機溶媒中に浸漬し、3日後および10日後の高分子複合体を観察して、水中、各種水系溶媒中、または有機溶媒中での高分子膜の形状、基材からの剥離安定性を評価した。なお、使用した溶媒は、純水、リン酸ニ水素カリウム・リン酸水素ニナトリウム水溶液(リン酸緩衝液、pH7.4)、10%アセトン水溶液、5%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液、10%牛胎児血清含有ダルベッコ変法イーグル培地(日水製薬(株)製:Doulbecco’s Modified Eagle’s Medium)、アセトンである。なお、一例として、37℃でリン酸緩衝液に浸漬した実施例8の高分子膜について、浸漬前後の高分子膜の状態を、図1に示す。
(Test Example 4) Solvent exposure test of polymer composite The polymer composite obtained in Examples 6 to 38 was immersed in water, various aqueous solvents, or an organic solvent at 25 ° C or 37 ° C. The polymer composites after 3 days and 10 days were observed to evaluate the shape of the polymer film in water, various aqueous solvents, or organic solvents, and the peeling stability from the substrate. The solvent used was pure water, potassium dihydrogen phosphate / disodium hydrogen phosphate aqueous solution (phosphate buffer, pH 7.4), 10% acetone aqueous solution, 5% sodium dodecyl sulfate aqueous solution, 10% fetal bovine serum. Containing Dulbecco's modified Eagle medium (manufactured by Nissui Pharmaceutical Co., Ltd .: Doulbecco's Modified Eagle's Medium), acetone. As an example, FIG. 1 shows the state of the polymer film before and after immersion for the polymer film of Example 8 immersed in a phosphate buffer at 37 ° C.

実施例6〜38のうち、すべての高分子膜は、種々の溶媒中に浸漬した試験において、浸漬前後で表面形状は変化が無く、膨潤による高分子膜の基板からの剥離、あるいは崩壊が見られない安定な状態であった。   In Examples 6 to 38, all the polymer films were not immersed in various solvents and the surface shape did not change before and after the immersion, and the polymer film was peeled off or collapsed due to swelling. It was in a stable state.

溶媒暴露試験前後の高分子膜の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of the polymer film before and behind a solvent exposure test.

Claims (9)

平均粒径150nm以下であるナノ微粒子と溶媒と下記式(1)で表される感光性樹脂とを有することを特徴とする感光性組成物。
Figure 0004768569
(式(1)中、重合度の平均値nは5以上である。R1及びR2は、それぞれ独立に、アルキレン基、アリーレン基、オキシアルキレン基又は単結合である。X及びYは、それぞれ独立に、下記式(2)で表される感光基ユニット、又は、何れか一方が下記式(2)で表される感光基ユニットでもう一方がアミノ基である。)
Figure 0004768569
(式(2)中、R3は下記式(3)から選択される基で、R4は下記式(4)から選択される基であり、R3及びR4の少なくとも一方にアジド基を有する。)
Figure 0004768569
Figure 0004768569
A photosensitive composition comprising nanoparticles having an average particle size of 150 nm or less, a solvent, and a photosensitive resin represented by the following formula (1).
Figure 0004768569
(In formula (1), the average value n of the degree of polymerization is 5 or more. R 1 and R 2 are each independently an alkylene group, an arylene group, an oxyalkylene group or a single bond. X and Y are Each independently a photosensitive group unit represented by the following formula (2), or one of them is a photosensitive group unit represented by the following formula (2) and the other is an amino group.
Figure 0004768569
(In formula (2), R 3 is a group selected from the following formula (3), R 4 is a group selected from the following formula (4), and an azide group is present in at least one of R 3 and R 4. Have)
Figure 0004768569
Figure 0004768569
ノニオン系の界面活性剤を有することを特徴とする請求項1に記載の感光性組成物。   The photosensitive composition according to claim 1, further comprising a nonionic surfactant. 前記ナノ微粒子が、金属、セラミックス又はポリマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載の感光性組成物。   The photosensitive composition according to claim 1, wherein the nano fine particles are a metal, a ceramic, or a polymer. 前記ナノ微粒子が、コロイダルシリカ又はシルセスキオキサンであることを特徴とする請求項3に記載の感光性組成物。   The photosensitive composition according to claim 3, wherein the nanoparticle is colloidal silica or silsesquioxane. 前記感光性樹脂と前記ナノ微粒子との質量比が1:2〜2:1であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の感光性組成物。   The photosensitive composition according to claim 1, wherein a mass ratio of the photosensitive resin to the nano fine particles is 1: 2 to 2: 1. 前記溶媒が、水又は水系溶媒であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の感光性組成物。   The photosensitive composition according to claim 1, wherein the solvent is water or an aqueous solvent. 基材とこの基材上に設けられた高分子膜とを有し、前記高分子膜は前記基材上に塗布された請求項1〜6の何れかに記載の感光性組成物を光照射して硬化することにより得られたものであることを特徴とする高分子複合体。   It has a base material and the polymer film provided on this base material, The said polymer film light-irradiates the photosensitive composition in any one of Claims 1-6 apply | coated on the said base material. And a polymer composite obtained by curing. 前記高分子膜は、前記光照射の際に所望のパターンを有するマスクを介して光照射した後、現像することにより得られたものであることを特徴とする請求項7に記載の高分子複合体。   The polymer composite according to claim 7, wherein the polymer film is obtained by developing after light irradiation through a mask having a desired pattern during the light irradiation. body. 前記高分子膜表面の水に対する静的接触角が45゜以下であり、前記高分子膜の貯蔵弾性率(G’)が15Pa・s以上であることを特徴とする請求項7又は8に記載の高分子複合体。   The static contact angle with respect to water of the polymer film surface is 45 ° or less, and the storage elastic modulus (G ′) of the polymer film is 15 Pa · s or more. Polymer composite.
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