JPWO2019098279A1 - Flexible electronic device - Google Patents

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俊宣 藤枝
俊宣 藤枝
祐磨 鉄
祐磨 鉄
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奈々 小久保
武岡 真司
真司 武岡
丸山 剛
剛 丸山
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Abstract

本発明者らは、ガラス基材や高分子フィルム基材等の任意の基材表面に、導電性炭素材料若しくは導電性ポリマー又は金属ナノ粒子から選択される第1の導電性物質と第2の導電性材料から形成される導電配線を積層して印刷することで、前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚が100μm未満の生体内に注入可能な薄膜状のデバイスを完成させた。本デバイスを利用することにより、注射針の管内を通過可能な柔軟性を有するアンテナコイルや微小電極としての折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスを提供できる。The present inventors have a first conductive substance selected from a conductive carbon material, a conductive polymer, or metal nanoparticles and a second conductive substance on the surface of an arbitrary substrate such as a glass substrate or a polymer film substrate. By laminating and printing conductive wiring formed from a conductive material, a thin-film device capable of being injected into a living body having a total thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film of less than 100 μm was completed. .. By using this device, it is possible to provide an antenna coil having flexibility that allows passage through the tube of an injection needle and a flexible electronic device that can be bent as a microelectrode.

Description

本発明は、フレキシブル電子デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a flexible electronic device and a method for manufacturing the same.

電磁誘導や共振現象を利用してコイルに起電力を生じさせる無線給電は、導線を媒介することなく、デバイスへの給電を可能にする。そこで、導電性デバイスを生体内に埋め込み、留置することにより、アンテナコイルや微小電極として、無線給電、及びジュール熱による薬物徐放、並びに光線力学療法や光遺伝学(オプトジェネティクス)における光源、及びバイオイメージングのための励起光光源への応用が期待されている(非特許文献1、2)。そして、このような導電性デバイスを用い光による生命機能の制御が期待されている(非特許文献1)。しかし、従来の生体内への埋め込み型デバイスは、皮膚や組織の切開、開腹手術等の措置を伴い侵襲的である。また、その施術には、クリーンルームが必要であり、その設備も高額である。 Wireless power feeding, which uses electromagnetic induction or resonance to generate electromotive force in a coil, enables power to be supplied to a device without mediating a wire. Therefore, by implanting and indwelling a conductive device in the living body, it can be used as an antenna coil or microelectrode, wirelessly fed, and sustained drug release by Joule heat, and a light source in photodynamic therapy and optogenetics. It is also expected to be applied to an excitation light source for bioimaging (Non-Patent Documents 1 and 2). It is expected that such a conductive device will be used to control life functions by light (Non-Patent Document 1). However, conventional implantable devices in vivo are invasive with measures such as skin and tissue incisions and laparotomy. In addition, a clean room is required for the treatment, and the equipment is expensive.

そこで、内視鏡、カテーテル又は注射針等の医療器具に収納し、生体内に射出できるデバイス形態は、生体への侵襲性が小さく、また、クレーンルーム等の設備を必ずしも必要としないため、当該デバイスの利便性を拡大する上で極めて重要である。 Therefore, a device form that can be stored in a medical device such as an endoscope, a catheter, or an injection needle and ejected into a living body is less invasive to the living body and does not necessarily require equipment such as a crane room. It is extremely important for expanding the convenience of the device.

特に、近年、柔らかくて、脆弱な生体組織の構造を破壊することなく生体内に注入して埋込可能な生体埋植型デバイスが注目されている(非特許文献2、3)。しかし、従来のデバイスは、例え、薄膜状のものであっても依然として厚く(膜厚>50μm)、生体に埋め込むためには侵襲性の高い開腹手術等が必要であった(非特許文献2)。 In particular, in recent years, bioimplantable devices that can be injected and implanted in a living body without destroying the structure of soft and fragile living tissue have attracted attention (Non-Patent Documents 2 and 3). However, conventional devices are still thick (thickness> 50 μm) even if they are thin films, and highly invasive laparotomy or the like is required for implantation in a living body (Non-Patent Document 2). ..

S. H. Yun and S. J. J. Kwok, Nature Biomed. Eng., 1, Article No.0008 (2017)S. H. Yun and S. J. J. Kwok, Nature Biomed. Eng., 1, Article No.0008 (2017) Hu Tao et al., PNAS, 111(49), 17385-17389 (2014)Hu Tao et al., PNAS, 111 (49), 17385-17389 (2014) K.S.Novoselov, et al., Science, 306, 666-669 (2004)K.S. Novoselov, et al., Science, 306, 666-669 (2004)

内視鏡、カテーテル又は注射針などの医療器具に収納し、生体内に射出できる導電性デバイスとして、折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a foldable flexible electronic device as a conductive device that can be stored in a medical device such as an endoscope, a catheter or an injection needle and injected into a living body.

本発明者らは、鋭意研究し、ガラス基材や高分子フィルム基材等の任意の基材表面に、導電性炭素材料若しくは導電性ポリマーから選択される導電性有機材料、又は、金属ナノ粒子から形成される導電性材料より選択される複数種の導電性材料を含む導電性インクを用いて、導電配線層として積層した積層導電配線層を印刷し、高分子薄膜、並びに、犠牲膜又は支持膜をさらに積層後に、前記基材より剥離し、前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚が100μm未満の生体内に注入可能な薄膜状のフレキシブル電子デバイスを完成させた。さらに、該フレキシブル電子デバイスを利用し、大きな皮膚切開を伴うことなく生体内に注入し埋設可能な、柔軟性を有し、折り曲げ可能なアンテナコイルや微小電極を完成させた。 The present inventors have studied diligently, and on the surface of any base material such as a glass base material or a polymer film base material, a conductive organic material selected from a conductive carbon material or a conductive polymer, or metal nanoparticles. Using a conductive ink containing a plurality of types of conductive materials selected from the conductive materials formed from, a laminated conductive wiring layer laminated as a conductive wiring layer is printed, and a polymer thin film and a sacrificial film or a support are obtained. After the film was further laminated, it was peeled off from the base material to complete a thin-film flexible electronic device that can be injected into a living body in which the total thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film is less than 100 μm. Furthermore, using the flexible electronic device, a flexible and bendable antenna coil and microelectrodes that can be injected and embedded in a living body without a large skin incision have been completed.

具体的には、本発明は、膜厚が10nm以上50μm未満である高分子薄膜、及び、
前記高分子薄膜上に形成された剥離非容易性導電配線層と、該剥離非容易性導電配線層上に形成された、剥離非容易性導電配線層よりも物理的に剥離容易な剥離容易性導電配線層とを有する積層導電配線層を含む導電配線、
を有し、
前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚が100μm未満であるフレキシブル電子デバイスを提供する。
Specifically, the present invention provides a polymer thin film having a film thickness of 10 nm or more and less than 50 μm, and
The non-easy-to-peel conductive wiring layer formed on the polymer thin film and the easy-to-peel easily peelable than the non-easy-to-peel conductive wiring layer formed on the non-easy-to-peel conductive wiring layer. Conductive wiring, including a laminated conductive wiring layer having a conductive wiring layer
Have,
Provided is a flexible electronic device in which the total film thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film is less than 100 μm.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記剥離非容易性導電配線層は、金属ナノ粒子から構成される場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the non-peelable conductive wiring layer may be composed of metal nanoparticles.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記剥離容易性導電配線層は多層構造で構成され、又は粒子が集合若しくは凝集した構造で構成される場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the peelable conductive wiring layer may be composed of a multi-layer structure or a structure in which particles are aggregated or aggregated.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記剥離容易性導電配線層は導電性有機材料により形成された導電配線層である場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the easily peelable conductive wiring layer may be a conductive wiring layer formed of a conductive organic material.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記剥離容易性導電配線層は、グラフェン、又はPEDOT:PSSである場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the easily peelable conductive wiring layer may be graphene or PEDOT: PSS.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記導電配線層の面積が最大となるように広げたときの折り曲げた方向の最大幅と、折り曲げた時の折り曲げた方向の最大幅の比(拡大時の幅/折り曲げた時の幅)が5以上である場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the ratio of the maximum width in the bent direction when the conductive wiring layer is expanded to the maximum area and the maximum width in the bent direction when bent (width when expanded / The width when folded) may be 5 or more.

本発明の前記フレキシブル電子デバイスが、折り曲げ(folding)可能な電子デバイスである場合がある。 The flexible electronic device of the present invention may be a foldable electronic device.

本発明の前記フレキシブル電子デバイスが、さらに、前記高分子薄膜上の前記積層導電配線層をコーティングする絶縁保護層を有する場合がある。 The flexible electronic device of the present invention may further have an insulating protective layer that coats the laminated conductive wiring layer on the polymer thin film.

本発明の前記フレキシブル電子デバイスが、生体外より生体内へ注入用の電子デバイスである場合がある。 The flexible electronic device of the present invention may be an electronic device for injection from outside the living body into the living body.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記導電配線が電子回路を形成している場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the conductive wiring may form an electronic circuit.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記電子回路において、前記導電配線がコイル又は電極を形成している場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the conductive wiring may form a coil or an electrode in the electronic circuit.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記コイルが、アンテナコイルである場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the coil may be an antenna coil.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記導電配線の抵抗率が100×10-7Ωm以下である場合がある。In the flexible electronic device of the present invention, the resistivity of the conductive wiring may be 100 × 10 -7 Ωm or less.

本発明のフレキシブル電子デバイスは、前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が設けられた膜面において、前記導電配線の両端に配置される一対の端子に電気的に接続された、光源又は集積回路から選択される素子を備え、前記導電配線と前記素子の外面が絶縁保護層でコーティングされている場合がある。 The flexible electronic device of the present invention is a light source or an integrated circuit electrically connected to a pair of terminals arranged at both ends of the conductive wiring on a film surface of the polymer thin film provided with the laminated conductive wiring layer. The conductive wiring and the outer surface of the element may be coated with an insulating protective layer.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記高分子薄膜が、自立性高分子薄膜である場合がある。 In the flexible electronic device of the present invention, the polymer thin film may be a self-supporting polymer thin film.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記導電性有機材料が、導電性炭素材料又は導電性ポリマーから選択され、
前記導電性炭素材料が、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラフェン、グラファイト、導電性炭素繊維から選択され、
前記導電性ポリマーが、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリアズレン類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリアズレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリイソチアナフテン類又はポリチアジル類から選択され、
前記金属ナノ粒子における金属が、金、白金、銀、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、マグネシウム、クロム、チタン、鉄、及びこれらの酸化物、並びに、これらの金属及び/又はその酸化物の合金から選択される場合がある。
In the flexible electronic device of the present invention, the conductive organic material is selected from a conductive carbon material or a conductive polymer.
The conductive carbon material is selected from conductive carbon black, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, graphene, graphite, and conductive carbon fibers.
The conductive polymer is polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyazulene, polyindole, polycarbazole, polyacetylene, polyfuran, polyparaphenylene vinylene, polyazulene, polyparaphenylene, polyparaphenylene sulfide. , Polyisotianaphene or polythiazyl,
The metals in the metal nanoparticles are from gold, platinum, silver, copper, nickel, rhodium, palladium, magnesium, chromium, titanium, iron and their oxides, and alloys of these metals and / or their oxides. May be selected.

本発明のフレキシブル電子デバイスが、無線給電システムにおいて、受電装置及び/又は送電装置として用いられる場合がある。 The flexible electronic device of the present invention may be used as a power receiving device and / or a power transmitting device in a wireless power feeding system.

また、本発明は、フレキシブル電子デバイスの製造方法であって、
(i) 基材に第1の導電性材料を含む第1の導電性インクを印刷することにより、第1の導電配線層を形成する工程と、
(ii) 前記基材と前記第1の導電配線層の上に、第2の導電性材料を含有する第2の導電性インクを用いて印刷することにより、前記第1の導電配線層上に第2の導電配線層が積層された積層導電配線層を形成する工程と、
(iii) 前記積層導電配線層を高分子薄膜でコーティングする工程と
(iv)前記高分子薄膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する工程と、を含むフレキシブル電子デバイスの製造方法を提供する。
Further, the present invention is a method for manufacturing a flexible electronic device.
(i) A step of forming the first conductive wiring layer by printing the first conductive ink containing the first conductive material on the base material, and
(ii) By printing on the base material and the first conductive wiring layer with a second conductive ink containing the second conductive material, on the first conductive wiring layer. A step of forming a laminated conductive wiring layer in which a second conductive wiring layer is laminated, and
(iii) A step of coating the laminated conductive wiring layer with a polymer thin film
(iv) The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film is peeled off from the first conductive wiring layer or in the first conductive wiring layer, and is laminated on the film surface of the polymer thin film. Provided is a method for manufacturing a flexible electronic device including a step of transferring a conductive wiring layer and forming a conductive wiring.

本発明の製造方法において、
工程(iv)が、
(iv’) 前記高分子薄膜を、水溶性支持膜でコーティングする工程と、
(v’) 前記高分子薄膜と水溶性支持膜とでコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層と基材の間から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写する転写工程と、
(vi’) 前記高分子薄膜と、前記水溶性支持膜と、前記積層導電配線層からなる構造体を、水中に浸漬し、水溶性支持膜を溶解し除去する工程と
を含む場合がある。
In the manufacturing method of the present invention
Process (iv) is
(iv') The step of coating the polymer thin film with a water-soluble support film and
(v') The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film and the water-soluble support film is peeled off from between the first conductive wiring layer and the base material or in the first conductive wiring layer. The transfer step of transferring the laminated conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film, and
(vi') A step of immersing the structure composed of the polymer thin film, the water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer in water to dissolve and remove the water-soluble support film may be included.

本発明の製造方法において、工程(vi’)の後に、さらに、
(vii’) 前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が転写された積層導電配線層転写面及び/又は高分子薄膜の前記積層導電配線層と反対側の膜面に絶縁保護層をコーティングし、封止する工程
を含む場合がある。
In the production method of the present invention, after the step (vi'), further
(vii') An insulating protective layer is coated on the transfer surface of the laminated conductive wiring layer to which the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film is transferred and / or the film surface of the polymer thin film opposite to the laminated conductive wiring layer. It may include a sealing step.

本発明の製造方法において、工程(ii)の後で、かつ、工程(iii)の前に、80℃以上400℃以下で前記積層導電配線層を熱処理する工程を含む場合がある。 The manufacturing method of the present invention may include a step of heat-treating the laminated conductive wiring layer at 80 ° C. or higher and 400 ° C. or lower after the step (ii) and before the step (iii).

本発明の製造方法において、前記高分子薄膜が、自立性高分子薄膜である場合がある。 In the production method of the present invention, the polymer thin film may be a self-supporting polymer thin film.

本発明の製造方法において、前記剥離非容易性導電配線層は、金属ナノ粒子から構成される場合がある。 In the production method of the present invention, the non-peelable conductive wiring layer may be composed of metal nanoparticles.

本発明の製造方法において、前記剥離容易性導電配線層は多層構造で構成され、又は粒子が集合若しくは凝集した構造で構成される場合がある。 In the production method of the present invention, the easily peelable conductive wiring layer may be composed of a multi-layer structure or a structure in which particles are aggregated or aggregated.

本発明の製造方法において、前記剥離容易性導電配線層は導電性有機材料により形成された導電配線層である場合がある。 In the manufacturing method of the present invention, the easily peelable conductive wiring layer may be a conductive wiring layer formed of a conductive organic material.

本発明の製造方法において、前記導電性有機材料が、導電性炭素材料又は導電性ポリマーから選択され、
前記導電性炭素材料が、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラフェン、グラファイト、導電性炭素繊維から選択され、
前記導電性ポリマーが、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリアズレン類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリアズレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリイソチアナフテン類又はポリチアジル類から選択され、
前記金属ナノ粒子における金属が、金、白金、銀、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、マグネシウム、クロム、チタン、鉄、及びこれらの酸化物、並びに、これらの金属及び/又はその酸化物の合金から選択される場合がある。
In the production method of the present invention, the conductive organic material is selected from a conductive carbon material or a conductive polymer.
The conductive carbon material is selected from conductive carbon black, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, graphene, graphite, and conductive carbon fibers.
The conductive polymer is polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyazulene, polyindole, polycarbazole, polyacetylene, polyfuran, polyparaphenylene vinylene, polyazulene, polyparaphenylene, polyparaphenylene sulfide. , Polyisotianaphene or polythiazyl,
The metals in the metal nanoparticles are from gold, platinum, silver, copper, nickel, rhodium, palladium, magnesium, chromium, titanium, iron and their oxides, and alloys of these metals and / or their oxides. May be selected.

本発明の製造方法において、前記導電配線が、コイル又は電極であり、コイルのときにアンテナコイルである場合がある。 In the manufacturing method of the present invention, the conductive wiring may be a coil or an electrode, and may be an antenna coil when the coil is used.

本発明により、内視鏡、カテーテル又は注射針などの医療器具に収納し、生体内に射出できる導電性デバイスとして、折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a bendable flexible electronic device as a conductive device that can be stored in a medical device such as an endoscope, a catheter or an injection needle and injected into a living body.

アンテナコイルの印刷及び剥離方法の概要図。The schematic diagram of the printing and peeling method of an antenna coil. 高分子支持膜により剥離した印刷配線の作製方法の概要図。The schematic diagram of the manufacturing method of the printed wiring peeled off by a polymer support film. 高分子支持膜による剥離前後における積層導電配線層の断面プロファイル。「Au/Graphene」と「Graphene」は剥離前の、「Graphene left on glass」は、剥離後の測定結果を表す。Cross-sectional profile of the laminated conductive wiring layer before and after peeling by the polymer support film. “Au / Graphene” and “Graphene” represent the measurement results before peeling, and “Graphene left on glass” represents the measurement results after peeling. 本発明のフレキシブル電子デバイスの医療分野の薬物徐放やLED発光での応用性を表す図。The figure which shows the applicability in the drug sustained-release and LED light emission in the medical field of the flexible electronic device of this invention. 本発明のフレキシブル電子デバイスの光遺伝学による光感受性細胞の移植と組み合わせた心臓ペーシングでの応用性を表す図。The figure which shows the applicability in cardiac pacing combined with the transplantation of light-sensitive cells by optogenetics of the flexible electronic device of this invention. 基材側及び支持膜側でのグラフェンのラマンスペクトルを表す図。A:ガラス基材に残存するグラフェンのピークを示すスペクトル。B:フィルムに転写されたグラフェンのピークを示すスペクトル。A、Bともに、上段:1000〜3000cm-1のスペクトル図。下段:2550〜2750cm-1のスペクトル図。The figure which shows the Raman spectrum of graphene on the base material side and the support film side. A: A spectrum showing the peak of graphene remaining on the glass substrate. B: A spectrum showing the peak of graphene transferred to the film. For both A and B, the upper row: 1000-3000 cm -1 spectrum diagram. Bottom: Spectral diagram from 2550 to 2750 cm -1. 発光デバイスの周波数特性を表す図。The figure which shows the frequency characteristic of a light emitting device. LEDの発光実験・距離依存性・周波数応答特性を表す図。実験方法を説明するための実験中の写真図。The figure which shows the light emission experiment of LED, the distance dependence, and the frequency response characteristic. Photographs during the experiment to explain the experimental method. 給電距離と照度との関係の測定結果を表す図。共振周波数30MHz、電位差 20Vp-p、電力増幅率2倍時における結果を表す。The figure which shows the measurement result of the relationship between a feeding distance and an illuminance. The results are shown when the resonance frequency is 30 MHz, the potential difference is 20 Vp-p, and the power amplification factor is doubled. デバイスをゼラチンカプセル(直径:8.6mm)に格納した写真図。給電周波数30MHz,電位差 20Vp-p, 電力増幅率2倍時における結果を表す。Photograph of the device housed in a gelatin capsule (diameter: 8.6 mm). The results are shown when the feeding frequency is 30 MHz, the potential difference is 20 Vp-p, and the power amplification factor is doubled. 注射器シリンジによる配線(アンテナコイル)の射出実験の写真図。(1) 折り曲げた本発明の電子デバイスをシリンジ内に取り込んだ射出前の写真図。(2)シリンジのプランジャを押し出し本発明の電子デバイスを射出中の写真図。(3)シリンジ外に射出された本発明の電子デバイスの写真図。(4)シリンジ外に射出され、広げられた本発明の電子デバイスの写真図。Photograph of an injection experiment of wiring (antenna coil) with a syringe. (1) Photograph of the bent electronic device of the present invention taken into a syringe before injection. (2) The photograph figure which extrudes the plunger of a syringe and ejects the electronic device of this invention. (3) Photograph of the electronic device of the present invention injected out of the syringe. (4) The photograph figure of the electronic device of this invention which was ejected to the outside of a syringe and expanded. 保護膜を有する本発明のLED発光素子を有する電子デバイスをリン酸緩衝液(pH7.4)中に配置し、無線給電により正常に稼働することを示した写真図。The photograph which arranged the electronic device which has the LED light emitting element of this invention which has a protective film in a phosphate buffer solution (pH 7.4), and showed that it operates normally by wireless power feeding. 光応答性チャネルタンパク質(ChR2)および緑色蛍光タンパク質(Venus)を発現させたマウス骨格筋筋芽細胞(C2C12)に青色光を照射し、緑色蛍光タンパク質(Venus)の蛍光を観察した蛍光顕微鏡写真図。A:位相差画像、B:LEDからの青色光非照射下での緑色画像、C:LEDからの青色光照射下での緑色画像。Fluorescence micrograph of mouse skeletal myoblasts (C2C12) expressing photoresponsive channel protein (ChR2) and green fluorescent protein (Venus) was irradiated with blue light and fluorescence of green fluorescent protein (Venus) was observed. .. A: Phase difference image, B: Green image from LED under blue light irradiation, C: Green image from LED under blue light irradiation.

1.フレキシブル電子デバイス
本発明の実施形態の1つは、フレキシブル電子デバイスである。
1. 1. Flexible Electronic Device One of the embodiments of the present invention is a flexible electronic device.

本発明のフレキシブル電子デバイスは、高分子薄膜と、前記高分子薄膜の少なくとも一方の膜面上に少なくとも2種以上の導電性材料を積層した積層導電配線層とを有し、少なくとも1種の導電性材料が剥離することによって形成されるフレキシブル電子デバイスである。 The flexible electronic device of the present invention has a polymer thin film and a laminated conductive wiring layer in which at least two or more kinds of conductive materials are laminated on at least one film surface of the polymer thin film, and has at least one kind of conductivity. A flexible electronic device formed by peeling off a sex material.

より具体的には、本発明のフレキシブル電子デバイスは、
膜厚が10nm以上50μm未満である高分子薄膜、及び、
前記高分子薄膜上に形成された剥離非容易性導電配線層と、該剥離非容易性導電配線層上に形成された、該剥離非容易性導電配線層よりも物理的に剥離容易な剥離容易性導電配線層とを有する積層導電配線層を含む導電配線、
を有し、
前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚が100μm未満であるフレキシブル電子デバイスである。
More specifically, the flexible electronic device of the present invention
Polymer thin films with a film thickness of 10 nm or more and less than 50 μm, and
The non-easy-to-peel conductive wiring layer formed on the polymer thin film and the non-easy-to-peel conductive wiring layer formed on the non-easy-to-peel conductive wiring layer are physically easier to peel than the non-easy-to-peel conductive wiring layer. Conductive wiring, including a laminated conductive wiring layer having a conductive wiring layer
Have,
A flexible electronic device in which the total film thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film is less than 100 μm.

本明細書において、「該剥離非容易性導電配線層よりも物理的に剥離容易な剥離容易性導電配線層を有する」とは、剥離非容易性導電配線層と剥離容易性導電配線層とによって形成される積層された導電配線層に対して、層を引き離す方向に物理的な力を加えた際に、剥離非容易性導電配線層と比較して相対的に剥離容易な剥離容易性導電配線層の方が剥離されることを意味する。 In the present specification, "having a easily peelable conductive wiring layer that is physically easier to peel than the non-peeling conductive wiring layer" is defined by the non-peeling conductive wiring layer and the easily peelable conductive wiring layer. Easy-to-peel conductive wiring that is relatively easy to peel off compared to non-easy-to-peel conductive wiring layers when a physical force is applied to the formed laminated conductive wiring layers in the direction of separating the layers. It means that the layer is peeled off.

したがって、本発明のフレキシブル電子デバイスにおける導電配線は、前記高分子薄膜上に形成された剥離非容易性導電配線層と、該剥離非容易性導電配線層上に形成された剥離容易性導電配線層とを有する積層導電配線層を剥離するときに、剥離容易性導電配線層から又は剥離容易性導電配線層内で剥離することによって、剥離容易性導電配線層の中で剥離しなかった残存層と剥離非容易性導電配線層とが積層した積層導電配線層を含む導電配線である。 Therefore, the conductive wiring in the flexible electronic device of the present invention includes the non-peeling conductive wiring layer formed on the polymer thin film and the easily peelable conductive wiring layer formed on the non-peeling conductive wiring layer. When the laminated conductive wiring layer having the above is peeled off, it is peeled off from the easily peelable conductive wiring layer or in the easily peelable conductive wiring layer, so that the residual layer that is not peeled off in the easily peelable conductive wiring layer It is a conductive wiring including a laminated conductive wiring layer in which a non-peelable conductive wiring layer is laminated.

さらに、本発明のフレキシブル電子デバイスのより具体的な例としては、高分子薄膜と、前記高分子薄膜の少なくとも一方の膜面上に少なくとも2種以上の導電性材料を積層した積層導電配線層と、前記高分子薄膜上の前記積層導電配線層をコーティングする絶縁保護層とを有する折り曲げ(folding)可能なフレキシブル電子デバイスが挙げられる。 Further, as a more specific example of the flexible electronic device of the present invention, a polymer thin film and a laminated conductive wiring layer in which at least two or more kinds of conductive materials are laminated on at least one film surface of the polymer thin film. Examples thereof include a foldable flexible electronic device having an insulating protective layer that coats the laminated conductive wiring layer on the polymer thin film.

特に、本発明のフレキシブル電子デバイスを折り曲げるとき、断線の可能性の高い金属ナノ粒子を材料として導電配線層に使用したとしても、導電配線が多種類の導電配線層によって形成された多層構造を有するため、導電配線全体として断線し難い等の、電気的に欠陥の無い導電配線が得られるとの利点を有する。 In particular, when the flexible electronic device of the present invention is bent, even if metal nanoparticles having a high possibility of disconnection are used as a material for the conductive wiring layer, the conductive wiring has a multilayer structure formed by various types of conductive wiring layers. Therefore, there is an advantage that the conductive wiring without electrical defects can be obtained, such that the conductive wiring as a whole is hard to be broken.

本明細書において、「折り曲げ(folding)可能な」とは、折り畳む操作、折り曲げる操作及び/又は丸める操作等により、微小細管(注射針、カテーテル、内視鏡トロッカー)や容器(カプセル)に収納し、その後に放出可能な形状とするために加工可能な特性を有することをいう。 In the present specification, "foldable" means that a container (capsule) is stored in a microtubule (injection needle, catheter, endoscopic trocar) or a container (capsule) by a folding operation, a folding operation, and / or a rolling operation. , It means that it has a property that can be processed to make it a shape that can be released afterwards.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記積層導電配線層は、例えば、剥離非容易性導電配線層を構成するための導電性インクと、剥離非容易性導電配線層を構成するための導電性インクで印刷することにより積層された積層導電配線層である。 In the flexible electronic device of the present invention, the laminated conductive wiring layer is, for example, a conductive ink for forming a non-peeling conductive wiring layer and a conductive ink for forming a non-peeling conductive wiring layer. It is a laminated conductive wiring layer laminated by printing.

本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法の例としては、
ガラスや高分子薄膜等の基材に、導電性炭素材料若しくは導電性ポリマー、又は、金属ナノ粒子から選択される材料を積層することによって積層導電配線層を形成する積層導電配線層形成工程と、
前記積層導電配線層を高分子薄膜、さらに水溶性支持膜でコーティングし、前記高分子薄膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記導電性有機材料層から又は前記導電性有機材料層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記導電配線層を転写する転写工程と、
前記高分子薄膜と前記水溶性支持膜と前記導電配線層によって形成された導電配線の積層体を水中に浸漬することにより水溶性支持膜を溶解させる工程と、
前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が転写された積層導電配線層転写面及び/又は高分子薄膜の前記積層導電配線層と反対側の膜面に絶縁保護層をコーティングし、封止する絶縁保護層形成工程
とを含む製造方法を挙げることができる。
As an example of the method for manufacturing the flexible electronic device of the present invention,
A step of forming a laminated conductive wiring layer for forming a laminated conductive wiring layer by laminating a conductive carbon material, a conductive polymer, or a material selected from metal nanoparticles on a base material such as glass or a polymer thin film.
The laminated conductive wiring layer is coated with a polymer thin film and further a water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film is formed from or within the conductive organic material layer. A transfer step of peeling and transferring the conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film,
A step of dissolving the water-soluble support film by immersing the laminate of the polymer thin film, the water-soluble support film, and the conductive wiring formed by the conductive wiring layer in water.
Insulation that coats and seals an insulating protective layer on the transfer surface of the laminated conductive wiring layer to which the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film is transferred and / or the film surface of the polymer thin film opposite to the laminated conductive wiring layer. A manufacturing method including a protective layer forming step can be mentioned.

さらに、本発明のフレキシブル電子デバイスは、その製造工程に熱処理工程を含めることにより、導電性材料に、界面活性剤、分散剤、保湿剤又は付着強化剤等の添加剤として含有する成分を揮発又は分解させることにより、純度の高い導電性材料として導電層を構築できる。係る純度の高い導電性材料は、導電配線の電気抵抗率が100×10-7Ω・m以下、好ましくは10×10-7Ω・m以下、より好ましくは6×10-7Ω・m以下の導電層を有する。Further, the flexible electronic device of the present invention volatilizes or volatilizes a component contained in the conductive material as an additive such as a surfactant, a dispersant, a moisturizer or an adhesion enhancer by including a heat treatment step in the manufacturing process thereof. By decomposing, a conductive layer can be constructed as a highly pure conductive material. Such a high-purity conductive material has an electrical resistivity of 100 × 10 -7 Ω ・ m or less, preferably 10 × 10 -7 Ω ・ m or less, and more preferably 6 × 10 -7 Ω ・ m or less. Has a conductive layer of.

より具体的には、本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法は、例えば、
(i) 基材に、剥離容易性導電配線層を形成するための第1の導電性材料を含む第1の導電性インクを印刷することにより、第1の導電配線層を形成する工程と、
(ii) 前記基材と前記第1の導電配線層の上に、剥離非容易性導電配線層を形成するための第2の導電性材料を含有する第2の導電性インクを用いて印刷することにより、前記第1の導電配線層上に第2の導電配線層が積層された積層導電配線層を形成する工程と、
(iii) 前記積層導電配線層を高分子薄膜でコーティングする工程と
(iv)前記高分子薄膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する工程と、を含む製造方法であり、該製造方法によって本発明のフレキシブル電子デバイスを製造できる。
More specifically, the method for manufacturing a flexible electronic device of the present invention is, for example,
(i) A step of forming the first conductive wiring layer by printing a first conductive ink containing the first conductive material for forming the easily peelable conductive wiring layer on the base material.
(ii) Printing is performed using a second conductive ink containing a second conductive material for forming a non-peelable conductive wiring layer on the base material and the first conductive wiring layer. As a result, the step of forming the laminated conductive wiring layer in which the second conductive wiring layer is laminated on the first conductive wiring layer, and
(iii) A step of coating the laminated conductive wiring layer with a polymer thin film
(iv) The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film is peeled off from the first conductive wiring layer or in the first conductive wiring layer, and is laminated on the film surface of the polymer thin film. It is a manufacturing method including a step of transferring a conductive wiring layer and forming a conductive wiring, and the flexible electronic device of the present invention can be manufactured by the manufacturing method.

本発明のフレキシブル電子デバイスは、上記のとおり、剥離容易性の第1の導電配線層から又は該導電配線層内で剥離させることによって形成された積層導電配線層を含む。この剥離の工程において、剥離容易性導電配線層が多層構造又は導電配線材料の粒子が集合した集合構造を有し、各層が緩やかな結合力で多層又は集合若しくは凝集した構造を形成するところから、該多層又は集合若しくは凝集構造を有する積層体の上下両面を引き離す方向に物理的に強い力を加えたときに、該多層又は集合若しくは凝集構造を維持することができず積層又は集合若しくは集合した層内で剥離し、分離できる。 As described above, the flexible electronic device of the present invention includes a laminated conductive wiring layer formed by peeling from or within the first conductive wiring layer that is easy to peel off. In this peeling step, the easily peelable conductive wiring layer has a multi-layer structure or an aggregated structure in which particles of the conductive wiring material are aggregated, and each layer forms a multi-layered or aggregated or aggregated structure with a gentle bonding force. When a physically strong force is applied in the direction of separating the upper and lower surfaces of the multilayer or laminated structure having an aggregated or aggregated structure, the multilayer or aggregated or aggregated structure cannot be maintained and the laminated or aggregated or aggregated layer cannot be maintained. It can be peeled off and separated inside.

また、前記フレキシブル電子デバイスは、さらに、前記高分子薄膜上の前記積層導電配線層をコーティングする絶縁保護層を有してもよい。 Further, the flexible electronic device may further have an insulating protective layer that coats the laminated conductive wiring layer on the polymer thin film.

したがって、本発明のフレキシブル電子デバイスの例としては、
(i) 基材に、剥離容易性導電配線を形成するための第1の導電性材料を含む第1の導電性インクを印刷することにより、第1の導電配線層を形成する工程と、
(ii) 前記基材と前記第1の導電配線層の上に、剥離非容易性導電配線を形成するための第2の導電性材料を含有する第2の導電性インクを用いて印刷することにより、前記第1の導電配線層上に第2の導電配線層が積層された積層導電配線層を形成する工程と、
(iii) 前記積層導電配線層を高分子薄膜でコーティングする工程と
(iv)前記高分子薄膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する工程と、
を含むフレキシブル電子デバイスの製造方法で製造されるフレキシブル電子デバイスが挙げられる。
Therefore, as an example of the flexible electronic device of the present invention,
(i) A step of forming the first conductive wiring layer by printing a first conductive ink containing the first conductive material for forming the easily peelable conductive wiring on the base material.
(ii) Printing with a second conductive ink containing a second conductive material for forming a non-peelable conductive wiring on the base material and the first conductive wiring layer. To form a laminated conductive wiring layer in which a second conductive wiring layer is laminated on the first conductive wiring layer.
(iii) A step of coating the laminated conductive wiring layer with a polymer thin film
(iv) The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film is peeled off from the first conductive wiring layer or in the first conductive wiring layer, and is laminated on the film surface of the polymer thin film. The process of transferring the conductive wiring layer to form the conductive wiring,
Examples thereof include flexible electronic devices manufactured by a method for manufacturing flexible electronic devices including.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、
前記製造方法における前記工程(iv)が、
(iv') 前記高分子薄膜を、水溶性支持膜でコーティングする工程と、
(v')前記高分子薄膜と前記水溶性支持膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電性有機材料層と基材の間から又は前記第1の導電性有機材料層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写する転写工程と、
(vi') 前記高分子薄膜と、前記水溶性支持膜と、前記積層導電配線層との構造体を、水中に浸漬し、水溶性支持膜を溶解し除去する工程を含んでもよい。
In the flexible electronic device of the present invention
The step (iv) in the manufacturing method is
(iv') The step of coating the polymer thin film with a water-soluble support film and
(v') The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film and the water-soluble support film is placed between the first conductive organic material layer and the base material or the first conductive organic material layer. A transfer step of transferring the laminated conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film by peeling it inside.
(vi') The structure of the polymer thin film, the water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer may be immersed in water to dissolve and remove the water-soluble support film.

また、前記フレキシブル電子デバイスが、さらに、前記高分子薄膜上の前記積層導電配線層をコーティングする絶縁保護層を被覆して使用することもできる。 Further, the flexible electronic device can also be used by coating the insulating protective layer that coats the laminated conductive wiring layer on the polymer thin film.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、例えば、前記剥離容易性導電配線層又は前記第1の導電配線層に使用される導電性有機材料としては、導電性炭素材料又は導電性ポリマーから選択できる。 In the flexible electronic device of the present invention, for example, the conductive organic material used for the easily peelable conductive wiring layer or the first conductive wiring layer can be selected from a conductive carbon material and a conductive polymer.

前記導電性炭素材料の例としては、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラフェン、グラファイト、導電性炭素繊維から選ばれる1種類以上から選択される材料が挙げられる。これらの中でも、カーボンブラックやカーボンナノチューブ、グラフェン等が特に好ましい。例えば、商業的に利用可能なグラフェンフレークを使用することができる。また、グラフェンフレークを溶媒中に分散させたインクジェット用インクが商業的に利用可能であり、これを入手して使用することができる。 Examples of the conductive carbon material include a material selected from one or more selected from conductive carbon black, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, graphene, graphite, and conductive carbon fibers. Among these, carbon black, carbon nanotubes, graphene and the like are particularly preferable. For example, commercially available graphene flakes can be used. In addition, an inkjet ink in which graphene flakes are dispersed in a solvent is commercially available, and this can be obtained and used.

前記導電性ポリマーの例として、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリアズレン類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリアズレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリイソチアナフテン類又はポリチアジル類から選択される鎖状導電性ポリマーを挙げることができる。特に、導電性、透明性、安定性等の点からポリチオフェン類やポリアニリン類が好ましく、ポリエチレンジオキシチオフェンがより好ましい。 Examples of the conductive polymer include polythiophenes, polypyrroles, polyanilines, polyazulenes, polyindoles, polycarbazoles, polyacetylenes, polyfurans, polyparaphenylene vinylenes, polyazulenes, polyparaphenylenes, and polyparas. Examples include chain conductive polymers selected from phenylene sulfides, polyisothianaftens or polythiazyl. In particular, polythiophenes and polyanilines are preferable, and polyethylenedioxythiophene is more preferable, from the viewpoints of conductivity, transparency, stability and the like.

特に、前記導電性ポリマーを含有する印刷用インク組成物として、導電性と透過率を両立させるために3,4-ポリエチレンジオキシチオフェンポリスルホネート(PEDOT:PSS)等の水分散性導電性ポリマーとバインダー樹脂を含有する組成物がもっとも好ましい。 In particular, as a printing ink composition containing the conductive polymer, in order to achieve both conductivity and transmittance, a water-dispersible conductive polymer such as 3,4-polyethylenedioxythiophene polysulfonate (PEDOT: PSS) is used. The composition containing the binder resin is most preferable.

前記積層導電配線層は、上記のとおり、前記第1の導電性インクにより形成される前記剥離容易性導電配線層が剥離することによって形成された積層導電配線層であり、
(a)剥離容易性導電配線層は、多層構造によって剥離すること、又は、
(b)剥離容易性導電配線層は、粒子が集合若しくは凝集した構造によって剥離すること
によって形成される。
As described above, the laminated conductive wiring layer is a laminated conductive wiring layer formed by peeling off the easily peelable conductive wiring layer formed by the first conductive ink.
(A) Ease of peeling The conductive wiring layer can be peeled off by a multi-layer structure, or
(B) Ease of peeling The conductive wiring layer is formed by peeling due to a structure in which particles are aggregated or aggregated.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記(a)剥離容易性導電配線層が多層構造体から形成される導電性有機材料の例としては、グラフェンが好ましい。 In the flexible electronic device of the present invention, graphene is preferable as an example of the conductive organic material (a) in which the easily peelable conductive wiring layer is formed from the multilayer structure.

例えば、グラフェンフレークを導電性材料粒子として含有するインクを用いて基材上に印刷して導電配線層を形成する場合、グラフェンフレークが多層に積層された導電配線層を形成できる。この導電配線層の上下両面を引き離す方向で物理的な力を加えた場合に、多層構造を維持できずに、グラフェンフレーク層の層内で剥離、分離される。このとき、積層内の各層はいずれも導電配線層を形成することによって導電配線として機能する。 For example, when printing on a base material using an ink containing graphene flakes as conductive material particles to form a conductive wiring layer, it is possible to form a conductive wiring layer in which graphene flakes are laminated in multiple layers. When a physical force is applied in the direction of separating the upper and lower surfaces of the conductive wiring layer, the multi-layer structure cannot be maintained and the conductive wiring layer is separated and separated in the graphene flake layer. At this time, each layer in the stack functions as a conductive wiring by forming a conductive wiring layer.

また、本発明のフレキシブル電子デバイスは、剥離非容易性導電配線層上に剥離容易性導電配線層を積層した積層導電配線層によって形成された導電配線の上に、高分子薄膜が積層された積層体を有する電子デバイスであってもよい。 Further, the flexible electronic device of the present invention is a laminated layer in which a peelable conductive wiring layer is laminated on a non-peelable conductive wiring layer. A polymer thin film is laminated on a conductive wiring formed by a conductive wiring layer. It may be an electronic device having a body.

したがって、本発明のフレキシブル電子デバイスは、前記剥離容易性導電性材料である導電性有機材料層/剥離非容易性導電性材料層である金属ナノ粒子層/高分子薄膜層/水溶性支持膜の積層体、又は、前記第1の導電性材料である金属ナノ粒子層/第2の導電性材料層である導電性有機材料層/高分子薄膜層/水溶性支持膜の積層体、を水中に浸し、水溶性支持膜を溶解させることにより取得できる、高分子薄膜上にパターンライニングされた金属ナノ粒子層と導電性有機材料層との積層体である積層導電配線層によって形成された導電配線を有する電子デバイスであってもよい。 Therefore, the flexible electronic device of the present invention comprises the conductive organic material layer which is the easily peelable conductive material / the metal nanoparticle layer / the polymer thin film layer / the water-soluble support film which is the non-peeling conductive material layer. The laminate or the laminate of the metal nanoparticle layer which is the first conductive material / the conductive organic material layer / the polymer thin film layer / the water-soluble support film which is the second conductive material layer is placed in water. Conductive wiring formed by a laminated conductive wiring layer which is a laminate of a metal nanoparticle layer and a conductive organic material layer pattern-lined on a polymer thin film, which can be obtained by immersing and dissolving a water-soluble support film. It may be an electronic device having.

この積層された導電配線層の特性を活用し、導電性有機材料から形成される導電配線層又は金属ナノ粒子から形成される導電配線層のいずれの導電配線層に対しても、発光若しくは光源素子、熱発生素子、集積回路等の素子を電気的に接続できる。すなわち、このことは、金属ナノ粒子から形成される導電配線層に接続することにより、基材から導電配線層を剥離する前に素子を導電配線層に接続することも、導電性有機材料から形成される導電配線層に素子を接続することにより、基材から導電配線層を剥離した後に導電配線層に素子を接続することも可能であり、導電配線層に素子を電気的に接続する工程の異なった順序を選択することが可能である。 Utilizing the characteristics of the laminated conductive wiring layers, a light emitting or light source element can be applied to either a conductive wiring layer formed of a conductive organic material or a conductive wiring layer formed of metal nanoparticles. , Heat generating elements, integrated circuits, and other elements can be electrically connected. That is, this means that by connecting to the conductive wiring layer formed from the metal nanoparticles, the element can be connected to the conductive wiring layer before the conductive wiring layer is peeled off from the base material, which is also formed from the conductive organic material. By connecting the element to the conductive wiring layer to be formed, it is also possible to connect the element to the conductive wiring layer after peeling the conductive wiring layer from the base material, and it is a step of electrically connecting the element to the conductive wiring layer. It is possible to choose a different order.

本発明のフレキシブル電子デバイスの前記剥離容易性導電配線層を形成するための導電性材料に、例えば、グラフェンフレークを、前記剥離非容易性導電配線層を形成するための導電性材料に金属ナノ粒子を使用して、前記剥離容易性導電配線層にグラフェンフレークの層状構造を利用することで、高分子薄膜と水溶性支持膜(ポリビニルアルコール)にてグラフェンと金ナノ粒子から形成される積層導電配線層を基材から剥離できる。 For example, graphene flakes are used as the conductive material for forming the easily peelable conductive wiring layer of the flexible electronic device of the present invention, and metal nanoparticles are used as the conductive material for forming the non-peeling conductive wiring layer. By utilizing the layered structure of graphene flakes in the easily peelable conductive wiring layer, a laminated conductive wiring formed from graphene and gold nanoparticles by a polymer thin film and a water-soluble support film (polyvinyl alcohol). The layer can be peeled off from the substrate.

このとき、基材の種類は限定されないため、基材として例えばガラスなどの耐熱性基材を選択することにより配線抵抗値を下げるための上記高温プロセスを適用できる。 At this time, since the type of the base material is not limited, the above high temperature process for lowering the wiring resistance value can be applied by selecting a heat resistant base material such as glass as the base material.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記(b)剥離容易性導電配線層の例としては、粒子が集合又は凝集した構造体から形成される導電有機材料がPEDOT:PSSが好ましい。 In the flexible electronic device of the present invention, as an example of the (b) easily peelable conductive wiring layer, PEDOT: PSS is preferable as a conductive organic material formed from a structure in which particles are aggregated or aggregated.

また、PEDOT:PSS(3,4-ポリエチレンジオキシチオフェンポリスルホネート)の分散液を導電性インクとして基材上に印刷して導電配線層を形成させた導電配線層の場合、PEDOT及びPSSはモノマー配列の一次構造を形成し、静電相互作用によるポリイオンコンプレックスを形成する。これがコロイド粒子として水分散し、この分散液を用いると該コロイド粒子が集合し積層した固体としての薄膜やフィルム状を形成できる(奥崎秀典、表面科学 32, 653-658, 2011)。このPEDOT:PSSで形成される薄膜やフィルムを、例えばガラス基材上に形成後剥離すると、PEDOT:PSSはガラス基材上に残存することなく剥離できる。そこで、ガラス基材上に印刷等によりパターンライニングした後に剥離すると、導電配線層として機能し、例えば、金属ナノ粒子層で構成される導電配線層と積層することにより積層導電配線層を形成できる。前記導電配線層は、金属ナノ粒子以外の成分、例えば、ペースト材料等を含んでもよい。 Further, in the case of a conductive wiring layer in which a dispersion liquid of PEDOT: PSS (3,4-polyethylenedioxythiophene polysulfonate) is printed as a conductive ink on a substrate to form a conductive wiring layer, PEDOT and PSS are monomers. It forms the primary structure of the sequence and forms a polyion complex by electrostatic interaction. This is water-dispersed as colloidal particles, and when this dispersion is used, thin films or films can be formed as solids in which the colloidal particles are aggregated and laminated (Hidenori Okuzaki, Surface Science 32, 653-658, 2011). When the thin film or film formed by PEDOT: PSS is formed on, for example, a glass substrate and then peeled off, PEDOT: PSS can be peeled off without remaining on the glass substrate. Therefore, when the glass substrate is pattern-lined by printing or the like and then peeled off, it functions as a conductive wiring layer, and for example, a laminated conductive wiring layer can be formed by laminating with a conductive wiring layer composed of a metal nanoparticle layer. The conductive wiring layer may contain components other than metal nanoparticles, such as a paste material.

さらに、同一又は相違する種類の導電性ポリマーを複数回基材上に印刷しコーティングすることにより、導電性ポリマーの積層体で構成される導電配線層を形成させた場合において、この導電性ポリマーの単層膜同士を結合する層間の結合力が必ずしも強くない場合、積層体の上下両端を引き離す方向に物理的に強い力を加えると、各単層膜の膜間の結合を維持することができず、導電性ポリマーの積層体間で分離、剥離される。このとき、各層はいずれも導電性層として機能する。 Further, when a conductive wiring layer composed of a laminate of conductive polymers is formed by printing and coating the same or different types of conductive polymers on a substrate multiple times, the conductive polymer can be used. If the bonding force between the layers that bond the monolayers is not necessarily strong, it is possible to maintain the bond between the monolayers by applying a physically strong force in the direction of pulling the upper and lower ends of the laminate apart. Instead, it is separated and peeled off between the laminated bodies of the conductive polymer. At this time, each layer functions as a conductive layer.

本明細書において、前記剥離非容易性導電配線層を形成するための導電性材料として用いられる「金属ナノ粒子」は、直径が1000nm未満の金属製粒子をいい、好ましくは直径が数十nm〜300nmである。 In the present specification, the "metal nanoparticles" used as the conductive material for forming the non-peelable conductive wiring layer refer to metal particles having a diameter of less than 1000 nm, preferably having a diameter of several tens of nm to. It is 300 nm.

本明細書において、「インク(ink)」は、「インキ(ink)」と同義で使用され、本発明で使用される導電性有機材料や金属ナノ粒子等の導電性材料を液体中に分散させた印刷用の分散液を言い、プリンテッドエレクトロニクス分野で導電性材料の印刷用として使用される導電性ペーストを含んでもよい。 In the present specification, "ink" is used synonymously with "ink", and a conductive material such as a conductive organic material or metal nanoparticles used in the present invention is dispersed in a liquid. A dispersion liquid for printing, which may contain a conductive paste used for printing conductive materials in the field of printed electronics.

前記金属ナノ粒子の例としては、金、白金、銀、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、マグネシウム、クロム、チタン、鉄、及びこれらの酸化物、並びに、これらの金属及び/又はその酸化物の合金等のナノ粒子から選択できる。金属ナノ粒子は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。特に、金ナノ粒子コロイドを含有する印刷用の金属ナノ粒子インク製品が商業的に利用可能であり、これを入手して利用できる。 Examples of the metal nanoparticles include gold, platinum, silver, copper, nickel, rhodium, palladium, magnesium, chromium, titanium, iron, and oxides thereof, and alloys of these metals and / or oxides thereof. Can be selected from nanoparticles such as. One type of metal nanoparticles may be used alone, or two or more types may be mixed and used. In particular, metal nanoparticle ink products for printing containing gold nanoparticle colloids are commercially available and can be obtained and used.

また、剥離容易性導電配線層を形成するための第1の導電性インクで印刷して形成される第1の導電性配線層に積層して、剥離非容易性導電配線層を形成するための第2の導電性インクで印刷して形成する第1の導電性材料と第2の導電性材料とを積層した積層導電配線層の形成において、第1の導電性材料が、第2の導電性材料を含有する導電性インクのインク受容層としての機能を有することが好ましい。しかし、これに限定されない。 Further, for forming the non-peelable conductive wiring layer by laminating it on the first conductive wiring layer formed by printing with the first conductive ink for forming the easily peelable conductive wiring layer. In the formation of the laminated conductive wiring layer in which the first conductive material and the second conductive material are laminated, which is formed by printing with the second conductive ink, the first conductive material is the second conductive material. It is preferable that the conductive ink containing the material has a function as an ink receiving layer. However, it is not limited to this.

前記基材としては、ガラス基材及び高分子フィルム基材が挙げられ、特に、電気抵抗率の小さい導電配線層を取得する場合には、加熱処理が可能なガラス基材が好ましい。 Examples of the base material include a glass base material and a polymer film base material. In particular, when a conductive wiring layer having a low electrical resistivity is obtained, a glass base material capable of heat treatment is preferable.

本発明において基材として使用する高分子フィルム基材は、有機高分子化合物から形成されるフィルムであれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体のケン化物、ポリアクリロニトリル、ポリアセタール等の各種ポリマーから形成されるフィルムなどを使用することができる。これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートから形成されるフィルムが好ましい。 The polymer film base material used as the base material in the present invention is not particularly limited as long as it is a film formed from an organic polymer compound, for example, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a polyester such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate. , Polypropylene, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl Alcohol, Ken's product of ethylene vinyl acetate copolymer, Polyacrylonitrile, Polyacetal, and other films formed from various polymers can be used. Among these, a film formed from polyethylene terephthalate is preferable.

前記水溶性支持膜としては、前記ポリビニルアルコールに限定されず、例えば、前記ポリビニルアルコール、ゼラチン、アガロース、ヒアルロン酸、アルギン酸、砂糖、塩、高分子電解質からなる群から選択される1種以上の水溶性化合物であることが好ましい。 The water-soluble support film is not limited to the polyvinyl alcohol, and is, for example, one or more water-soluble substances selected from the group consisting of the polyvinyl alcohol, gelatin, agarose, hyaluronic acid, alginic acid, sugar, salt, and polymer electrolyte. It is preferably a sex compound.

前記絶縁保護層は、導電配線層を物理的又は機械的な障害から保護し、断線や破損を回避する機能のみならず、絶縁層としての機能を有する。係る絶縁保護層の材料の例として、含フッ素高分子化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)、パリレン、SU-8、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、不飽和ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン(PS)、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン及びポリフェニレンオキサイド及びポリスルホンからなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 The insulating protective layer has not only a function of protecting the conductive wiring layer from physical or mechanical obstacles and avoiding disconnection or breakage, but also a function as an insulating layer. Examples of the material of the insulating protective layer include fluoropolymer compounds, polyethylene, polypropylene (PP), polyisobutylene, polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), parylene, SU-8, polymethylmethacrylate (PMMA), Unsaturated polyester, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene (PS), acetal resin, polycarbonate, polyamide, phenol resin, urea resin, epoxy resin, melamine At least one selected from the group consisting of resins, styrene / acrylonitrile copolymers, acrylonitrile / butadiene styrene copolymers, silicones and polyphenylene oxides and polysulfones can be mentioned.

また、本発明のフレキシブル電子デバイスは、折り曲げた状態でシリンジ等を用いて生体外から生体内へ注入し、生体内へ注入後は、広がった状態で電子デバイスとしての機能を発揮することが好ましい。すなわち、注入に使用する注射針の内径よりも小さい直径を有する略円筒形に折り曲げ可能であることが好ましい。 Further, it is preferable that the flexible electronic device of the present invention is injected into the living body from the outside of the living body using a syringe or the like in a bent state, and after the injection into the living body, the flexible electronic device exhibits a function as an electronic device in a spread state. .. That is, it is preferable that the needle can be bent into a substantially cylindrical shape having a diameter smaller than the inner diameter of the injection needle used for injection.

そこで、本発明のフレキシブルデバイスは、前記導電配線層の面積が最大となるように広げたときの折り曲げた方向の最大幅と、折り曲げたときの折り曲げた方向の最大幅の比(拡大時の幅/折り曲げた時の幅)が、5以上、好ましくは10以上、より好ましくは20以上であるフレキシブルデバイスが好ましい。注射針のサイズとして12G(外径2.70±0.03mm、内径:2.40±0.03mm)よりも直径が小さい注射針が商業的に利用可能であり、臨床で使用されている。そこで、折り曲げた際の折り曲げ方向の最大幅は、2.4mm未満であることが好ましい。本発明において、折り曲げた状態で、筒先の内径が2.0mmの注射筒を通過するフレキシブルデバイスを製造できる。 Therefore, in the flexible device of the present invention, the ratio of the maximum width in the bent direction when expanded so as to maximize the area of the conductive wiring layer and the maximum width in the bent direction when bent (width when expanded). A flexible device having a width) of 5 or more, preferably 10 or more, and more preferably 20 or more is preferable. Needle needles with a diameter smaller than 12G (outer diameter 2.70 ± 0.03 mm, inner diameter: 2.40 ± 0.03 mm) are commercially available and are used clinically. Therefore, the maximum width in the bending direction when bent is preferably less than 2.4 mm. In the present invention, it is possible to manufacture a flexible device that passes through an injection tube having an inner diameter of 2.0 mm at the tip of the tube in a bent state.

1μm未満の高分子薄膜は、国際公開パンフレットWO2017/073728及びWO2017/188214の記載に従って製造できる。積層導電配線層は、下記実施例に示されるように、2μm未満で製造できる。したがって、本発明のフレキシブル電子デバイスは、前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚は、3μm未満で製造可能である。そこで、前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚は、100μm未満であり、好ましくは、30μm未満であり、より好ましくは3μm未満であり、最も好ましくは1.5μm未満である。 Polymer thin films smaller than 1 μm can be manufactured according to the description in WO2017 / 073728 and WO2017 / 188214. The laminated conductive wiring layer can be manufactured to be less than 2 μm as shown in the following examples. Therefore, the flexible electronic device of the present invention can be manufactured with a total film thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film of less than 3 μm. Therefore, the total film thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film is less than 100 μm, preferably less than 30 μm, more preferably less than 3 μm, and most preferably less than 1.5 μm.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおける高分子薄膜として、例えば、折り曲げた状態で生体内に注入可能なように、ポリ乳酸(PLA)薄膜やシリコーン等のエラストマー等を材料とする高いフレキシビリティを有する高分子薄膜が好ましく、前記高分子薄膜の膜厚は、10nm以上50μm未満であり、好ましく50nm以上10μm未満であり、より好ましくは100nm以上1μm未満である。 As the polymer thin film in the flexible electronic device of the present invention, for example, a polymer having high flexibility made of a polylactic acid (PLA) thin film, an elastomer such as silicone, etc. so that it can be injected into a living body in a bent state. A thin film is preferable, and the thickness of the polymer thin film is 10 nm or more and less than 50 μm, preferably 50 nm or more and less than 10 μm, and more preferably 100 nm or more and less than 1 μm.

また、前記高分子薄膜は、自立性薄膜を使用できる。本明細書において、「自立性(self-standing)薄膜」とは、薄膜が安定しており、その特性を維持することが可能であり、何らの支持体を必要とせずにそれら自身を支持することができる薄膜をいう。 Further, as the polymer thin film, a self-supporting thin film can be used. As used herein, "self-standing thin films" are defined as thin films that are stable, capable of maintaining their properties, and support themselves without the need for any support. A thin film that can be formed.

本発明の折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスは、導電配線層が積層導電配線層である場合、基材上に前記導電配線層が積層され、導電性材料層及び支持膜を形成後に基材より剥離された導電性炭素材料又は導電性ポリマー等の導電性高分子層を有し、その上に、例えば、インクジェット印刷等を用いて形成された金属ナノ粒子を含む微細な配線(<50μm)を有する。さらに、上記のように、製造過程で、高温熱処理を行うことで、所望とする小さな抵抗値を得ることができる。そして、ポリビニルアルコール(PVA)等の水溶性高分子から形成される犠牲膜又は支持膜を用いることで高分子薄膜単独と比較して、物理的な耐性力を付与することができる。そこで、犠牲膜又は支持膜を製造過程で使用することにより、印刷配線を基材から剥離でき、熱処理や印刷が困難な任意の基材に対しても印刷配線の転写が可能となる。 In the bendable flexible electronic device of the present invention, when the conductive wiring layer is a laminated conductive wiring layer, the conductive wiring layer is laminated on the base material, the conductive material layer and the support film are formed, and then the conductive wiring layer is peeled off from the base material. It has a conductive polymer layer such as a conductive carbon material or a conductive polymer, and has fine wiring (<50 μm) containing metal nanoparticles formed by using, for example, inkjet printing, on the conductive polymer layer. Further, as described above, a desired small resistance value can be obtained by performing a high temperature heat treatment in the manufacturing process. Then, by using a sacrificial film or a support film formed of a water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol (PVA), physical resistance can be imparted as compared with the polymer thin film alone. Therefore, by using the sacrificial film or the support film in the manufacturing process, the printed wiring can be peeled off from the base material, and the printed wiring can be transferred to any base material that is difficult to heat-treat or print.

水溶性支持膜の材料としては、上記の材料を使用することができる。 As the material of the water-soluble support membrane, the above-mentioned material can be used.

そして、本発明のフレキシブル電子デバイスは、上記のとおり、高分子薄膜上に前記導電性高分子層と、金属ナノ粒子の導電配線層とによって形成された積層体を有する。この積層体の形成において、基材表面に予め第1の導電性材料(グラフェンフレーク,PEDOT:PSS)をインク受容層として印刷しておくことで、受容層に選択的に第2の導電性材料として金属性ナノ粒子を集積できる。これにより構造的にも電気的にも欠陥の無い導電配線が得られる。係る薄膜状の電子デバイスは、折り曲げ可能な程度にフレキシビリティを有し、折り曲げることにより、例えば、12G(内径:2.4mm)のサイズの注射針を用いて吸引し、生体内等へ注射しても断線を起こすことなく生体内に注入でき、小さな侵襲性で生体内に埋設可能である。 As described above, the flexible electronic device of the present invention has a laminate formed by the conductive polymer layer and the conductive wiring layer of metal nanoparticles on the polymer thin film. In the formation of this laminate, a first conductive material (graphene flakes, PEDOT: PSS) is printed in advance on the surface of the base material as an ink receiving layer, so that the second conductive material is selectively printed on the receiving layer. As a result, metallic nanoparticles can be accumulated. As a result, a conductive wiring having no structural and electrical defects can be obtained. The thin-film electronic device has flexibility to the extent that it can be bent, and by bending it, for example, it is sucked using an injection needle having a size of 12 G (inner diameter: 2.4 mm) and injected into a living body or the like. Can be injected into the living body without causing disconnection, and can be embedded in the living body with small invasiveness.

そこで、本発明のフレキシブル電子デバイスは、例えば、生体外より生体内への注入用の電子デバイスとして使用できる。このとき、皮膚の切開等の手術を要しないため、低侵襲で本発明のフレキシブル電子デバイスを生体内に注入できる。 Therefore, the flexible electronic device of the present invention can be used, for example, as an electronic device for injection from outside the living body into the living body. At this time, since no surgery such as skin incision is required, the flexible electronic device of the present invention can be injected into a living body with minimal invasiveness.

本発明のフレキシブル電子デバイスにおいて、前記導電配線層の例としては、コイル状の導電配線が挙げられ、好ましくは該導電配線がアンテナコイルを形成していることが挙げられる。係るアンテナコイルを使用することにより、生体内に埋植した本発明のフレキシブル電子デバイスに、生体外より無線給電で、電力を供給することを可能にする。さらに、生体内で、本発明のフレキシブル電子デバイスに接続した、例えば、LEDランプ等の発光素子に電力を供給することにより、生体内でLEDランプを発光させることができる。そして、特定の励起波長を放射するLEDランプを用いることにより、生体内に分布する蛍光性物質を励起し、該蛍光性物質からの蛍光の放射を可能とする。 In the flexible electronic device of the present invention, examples of the conductive wiring layer include coil-shaped conductive wiring, and preferably the conductive wiring forms an antenna coil. By using such an antenna coil, it is possible to supply electric power to the flexible electronic device of the present invention embedded in a living body by wireless power supply from outside the living body. Further, the LED lamp can be made to emit light in the living body by supplying power to a light emitting element such as an LED lamp connected to the flexible electronic device of the present invention in the living body. Then, by using an LED lamp that emits a specific excitation wavelength, a fluorescent substance distributed in the living body is excited, and fluorescence can be emitted from the fluorescent substance.

また、本発明のフレキシブルデバイスは、発光素子への応用のみならず、例えば、ジュール熱を放射する素子を用いることにより、徐放性薬剤の放出の制御に使用できる。さらに、心臓ペースメーカー等の生体内埋植型電気デバイスに電力を供給することができる。また、集積回路を素子に使用することで、例えば、心臓ペースメーカーをワイヤレスで制御することが可能になる。 Further, the flexible device of the present invention can be used not only for application to a light emitting device but also for controlling the release of a sustained-release drug by using, for example, an element that radiates Joule heat. Further, it is possible to supply electric power to an in vivo implantable electric device such as a cardiac pacemaker. Further, by using an integrated circuit as an element, for example, a cardiac pacemaker can be controlled wirelessly.

さらに、本発明のフレキシブルデバイスは、発光素子の照射光を赤色、緑色又は青色等の波長の異なるLED素子を使用することにより、光遺伝学を利用したデバイスとして使用できる。光遺伝学は、光感受性を有し、光によって活性化されるタンパク質を遺伝学的手法を用いて細胞に発現させ、その機能を光によって制御する技術である。既に、線虫、ショウジョウバエ、ゼブラフィッシュ、マウス、ラット及び霊長類において、その適用が報告されている。 Further, the flexible device of the present invention can be used as a device utilizing optogenetics by using LED elements having different wavelengths such as red, green or blue for the irradiation light of the light emitting element. Optogenetics is a technique in which a light-sensitive, light-activated protein is expressed in cells using a genetic technique, and its function is controlled by light. Its application has already been reported in nematodes, Drosophila, zebrafish, mice, rats and primates.

例えば、光感受性タンパク質として、イオンチャンネル(ChR2)としての機能を有するロドプシンタンパク質を細胞に発現させ、光照射によりイオンチャンネルを開く技術も報告されている。さらに、変異型ロドプシンタンパク質(ChR2/C128X(XはT、A若しくはS)又はChR2/D156A)とすることにより、活性化のための光の波長を変化させる技術も知られており、イオンチャンネルを青色バルス光を照射することにより、例えば、神経細胞に脱分極状態を惹起し、次に、550 nm前後の緑色光又は橙色光の照射によりイオンチャンネルを閉じることにより、膜電位を元に戻すことができる(Andre Berndt,et al., Nat. Neurosci.: 2009, 12(2);229-34)。 For example, as a light-sensitive protein, a technique of expressing a rhodopsin protein having a function as an ion channel (ChR2) in a cell and opening the ion channel by light irradiation has also been reported. Furthermore, a technique for changing the wavelength of light for activation by using a mutant rhodopsin protein (ChR2 / C128X (X is T, A or S) or ChR2 / D156A) is also known, and an ion channel is used. Irradiation with blue bals light causes, for example, depolarization of nerve cells, and then irradiation with green light or orange light around 550 nm closes ion channels to restore the membrane potential. Can be done (Andre Berndt, et al., Nat. Neurosci .: 2009, 12 (2); 229-34).

そこで、ChR発現筋肉細胞を培養、増殖し、この細胞を生体(例:心筋)に移植した後に、本発明の発光素子を備えるフレキシブルデバイスを移植部位近傍に注入し、無線給電により発光させれば、本デバイス表面で光によって駆動するバイオペースメーカーができる。 Therefore, if ChR-expressing muscle cells are cultured and proliferated, the cells are transplanted into a living body (eg, myocardium), a flexible device equipped with the light emitting element of the present invention is injected near the transplantation site, and light is emitted by wireless power supply. A bio-pacemaker driven by light can be created on the surface of this device.

また、光感受性細胞の移植と組合わせた本発明の発光素子を有するフレキシブルデバイスの応用において、フレキシブルデバイスに集積回路(ICチップ)も併せて組み込み、電磁波により集積回路の情報を書き換えることにより、より精密なペーシングの制御も期待できる。 Further, in the application of the flexible device having the light emitting element of the present invention combined with the transplantation of light-sensitive cells, an integrated circuit (IC chip) is also incorporated in the flexible device, and the information of the integrated circuit is rewritten by electromagnetic waves. Precise pacing control can also be expected.

上記のアンテナコイルとして導電配線層を備える本発明のフレキシブルデバイスは、無線給電により生体外より電力を供給することが可能なため、生体内埋植型電気機器のバッテリー切れの心配はなく、また、バッテリー交換のための外科的措置も必要としないところから、生体に対して低侵襲性の電子デバイスとして利用できる。 Since the flexible device of the present invention provided with the conductive wiring layer as the antenna coil can supply power from outside the living body by wireless power supply, there is no concern that the battery of the in-vivo implantable electric device runs out, and Since it does not require surgical measures to replace the battery, it can be used as a minimally invasive electronic device for living organisms.

本発明のフレキシブル電子デバイスは、上記のとおり、発光素子、ジュール熱を放出する素子、又は集積回路等を接続して使用することが可能である。この場合、本発明のフレキシブル電子デバイスは、前記高分子薄膜の前記導電配線層が設けられた膜面に、前記導電配線の両端に配置される一対の端子に接続された、薬物徐放システム、光源又は集積回路から選択される素子を備え、前記導電配線と前記素子の外面が絶縁保護層でコーティングされているフレキシブル電子デバイスの例が挙げられる。 As described above, the flexible electronic device of the present invention can be used by connecting a light emitting element, an element that emits Joule heat, an integrated circuit, or the like. In this case, the flexible electronic device of the present invention is a drug sustained-release system, in which a film surface of the polymer thin film provided with the conductive wiring layer is connected to a pair of terminals arranged at both ends of the conductive wiring. Examples of flexible electronic devices include an element selected from a light source or an integrated circuit, and the conductive wiring and the outer surface of the element are coated with an insulating protective layer.

より具体的には、前記高分子薄膜の前記コイル層が設けられた膜面に、前記導電配線の両端に配置される一対の端子と、薬物徐放システム、光源又は集積回路から選択される素子と前記一対の端子とを電気的に接続するためのジャンパーと、前記ジャンパーと前記導電配線とを絶縁する絶縁部とを備えるフレキシブル電子デバイスとすることができる。 More specifically, on the film surface of the polymer thin film provided with the coil layer, a pair of terminals arranged at both ends of the conductive wiring and an element selected from a drug sustained-release system, a light source, or an integrated circuit. It can be a flexible electronic device including a jumper for electrically connecting the pair of terminals and an insulating portion for insulating the jumper and the conductive wiring.

本発明のフレキシブル電子デバイスは生体内への埋植等に使用する目的での使用においては、前記高分子薄膜が、生体適合性薄膜から選択されることが好ましく、より具体的には、ポリカプロラクトン、ポリスチレンイソプレンスチレン、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサン、シリコーン、ポリメタクリル酸、ポリ乳酸、ポリ乳酸グリコール酸共重合体、ポリ酢酸ビニル、キトサン、アルギン酸、酢酸セルロース、ヒアルロン酸、ゼラチン、又はコラーゲンからなる群から1種以上選択される商業的に利用可能な高分子化合物の薄膜を選択できる。 When the flexible electronic device of the present invention is used for implanting in a living body or the like, the polymer thin film is preferably selected from biocompatible thin films, and more specifically, polycaprolactone. , Polystyrene isoprene styrene, polystyrene, polydimethylsiloxane, silicone, polymethacrylic acid, polylactic acid, polylactic acid glycolic acid copolymer, polyvinylacetate, chitosan, alginic acid, cellulose acetate, hyaluronic acid, gelatin, or collagen. A thin film of commercially available polymer compound selected from one or more can be selected.

また、本発明のフレキシブル電子デバイスを生体内に埋植して使用できるように、前記高分子薄膜と同様に、前記絶縁保護層の材料を生体適合性を有する材料を用いてもよい。生体適合性を有する絶縁保護層の材料としては、含フッ素高分子化合物、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、パリレン、SU-8、スチレン系エラストマー、シリコーン、乳酸共重合体、電解質ポリマーからなる群から選択される1種以上の高分子化合物の薄膜を選択できる。 Further, the material of the insulating protective layer may be a biocompatible material as in the case of the polymer thin film so that the flexible electronic device of the present invention can be embedded and used in a living body. Materials for the biocompatible insulating protective layer include fluoropolymer compounds, polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyimide (PI), parylene, etc. A thin film of one or more polymer compounds selected from the group consisting of SU-8, styrene-based elastomers, silicones, lactic acid copolymers, and electrolyte polymers can be selected.

したがって、以上の説明のとおり、本発明のフレキシブル電子デバイスの例としては、高分子薄膜と印刷された配線からなり、微小細管(注射針、カテーテル、内視鏡トロッカー)や容器(カプセル)に収納し、その後に放出可能な機械的柔軟性と導電性を有する薄膜状構造体とすることができる。 Therefore, as described above, as an example of the flexible electronic device of the present invention, it is composed of a polymer thin film and printed wiring, and is housed in a microtube (injection needle, catheter, endoscopic trocar) or container (capsule). It can then be made into a thin film structure with mechanical flexibility and conductivity that can be released.

さらに、本発明のフレキシブル電子デバイスは、その製造工程において、基材から剥離した配線を別途調製した高分子薄膜に転写し、これをさらに同一又は相違する種類の高分子薄膜でコーティングすることで、高分子薄膜の厚さに応じて注射針、カテーテル又はカプセル等に収納して生体に大きな侵襲を与えることなく放出可能な薄膜状導電体を提供することができる。 Further, in the manufacturing process of the flexible electronic device of the present invention, the wiring peeled from the base material is transferred to a polymer thin film prepared separately, and this is further coated with the same or different types of polymer thin films. It is possible to provide a thin film-like conductor that can be stored in an injection needle, a catheter, a capsule or the like according to the thickness of the polymer thin film and can be released without causing a large invasion to the living body.

また、本発明のフレキシブルデバイスは、上記で説明したアンテナコイルとして利用するだけではなく、基材より剥離した微細な前記の導電配線を絶縁性高分子でコーティングし、その先端をハサミなどの切断器具を用いて切断すれば電極部を簡便に露出でき、電極として使用できる。このとき、印刷のデザインにより配線の幅と厚さを制御することで、測定対象の生体電位に応じたインピーダンスが得られる。また、切断を繰り返すことで何度でも同等のインピーダンスを有する電極を作製できる。また、これらの電極は、プローブ電極として利用できる。 Further, the flexible device of the present invention is not only used as the antenna coil described above, but also the fine conductive wiring peeled off from the base material is coated with an insulating polymer, and the tip thereof is a cutting tool such as scissors. The electrode portion can be easily exposed and can be used as an electrode by cutting with. At this time, by controlling the width and thickness of the wiring according to the print design, an impedance corresponding to the bioelectric potential of the measurement target can be obtained. Further, by repeating cutting, an electrode having the same impedance can be manufactured many times. Further, these electrodes can be used as probe electrodes.

さらに、本発明のフレキシブル電子デバイスは、上記で説明したように、無線給電システムの受電装置及び/又は送電装置として使用可能なフレキシブル電子デバイスとして利用できる。 Further, the flexible electronic device of the present invention can be used as a flexible electronic device that can be used as a power receiving device and / or a power transmitting device of a wireless power feeding system as described above.

そして、本発明のフレキシブルデバイスを利用することで、生体内部への電子機器の低侵襲な埋め込みが可能になるため、生体内部へのセンサ、光源用又は薬物徐放用のデバイスの設置が可能になる。本デバイスの応用分野には、神経工学、光遺伝学及び薬物送達システムが挙げられる(図4A、4B参照)。 Then, by using the flexible device of the present invention, it is possible to implant an electronic device inside a living body in a minimally invasive manner, so that a sensor, a light source, or a device for sustained release of a drug can be installed inside the living body. Become. Applications of the device include neural engineering, optogenetics and drug delivery systems (see Figures 4A and 4B).

2.フレキシブル電子デバイスの製造方法
本発明のもう1つの実施形態は、前記折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスの製造方法である。
2. 2. Method for Manufacturing Flexible Electronic Device Another embodiment of the present invention is the method for manufacturing the bendable flexible electronic device.

本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法は、
(i) 基材に、剥離容易性導電配線層を形成するための第1の導電性材料を含む第1の導電性インクを印刷することにより、第1の導電配線層を形成する第1の導電配線層形成工程と、
(ii) 前記基材と前記第1の導電配線層の上に、剥離非容易性導電配線層を形成するための第2の導電性材料を含有する第2の導電性インクを用いて印刷することにより、第2の導電配線層が積層された積層導電配線層を形成する工程と、
(iii) 前記積層導電配線層を高分子薄膜でコーティングする工程と
(iv) 前記高分子薄膜でコーティングされた前記導電配線層を、前記導電性有機材料層から又は前記導電性有機材料層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する工程と、を含む製造方法である。
The method for manufacturing a flexible electronic device of the present invention
(i) A first conductive wiring layer is formed by printing a first conductive ink containing a first conductive material for forming a peelable conductive wiring layer on a base material. Conductive wiring layer forming process and
(ii) Printing is performed using a second conductive ink containing a second conductive material for forming a non-peelable conductive wiring layer on the base material and the first conductive wiring layer. As a result, the step of forming the laminated conductive wiring layer in which the second conductive wiring layer is laminated, and
(iii) A step of coating the laminated conductive wiring layer with a polymer thin film
(iv) The conductive wiring layer coated with the polymer thin film is peeled off from the conductive organic material layer or in the conductive organic material layer, and the laminated conductive wiring layer is formed on the film surface of the polymer thin film. It is a manufacturing method including a step of transferring the above and forming a conductive wiring.

さらに、本発明のフレキシブル電子デバイスの前記製造方法において、
前記工程(iv)が、
(iv') 前記高分子薄膜を、水溶性支持膜でコーティングする工程と、
(v')前記高分子薄膜と前記水溶性支持膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電性有機材料層と基材の間から又は前記第1の導電性有機材料層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する転写工程と、
(vi') 前記高分子薄膜と、前記水溶性支持膜と、前記積層導電配線層との構造体を、水中に浸漬し、水溶性支持膜を溶解し除去する工程と
を含む製造方法であってもよい。
Further, in the method for manufacturing the flexible electronic device of the present invention,
The step (iv) is
(iv') The step of coating the polymer thin film with a water-soluble support film and
(v') The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film and the water-soluble support film is placed between the first conductive organic material layer and the base material or the first conductive organic material layer. A transfer step of forming the conductive wiring by transferring the laminated conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film by peeling it inside.
(vi') A manufacturing method including a step of immersing the structure of the polymer thin film, the water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer in water to dissolve and remove the water-soluble support film. You may.

本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法において、前記工程(vi')の後に、さらに、
(vii') 前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が転写された積層導電配線層転写面及び/又は高分子薄膜の前記積層導電配線層と反対側の膜面に絶縁保護層をコーティングし、封止する絶縁保護層形成工程
を含む製造方法であってもよい。
In the method for manufacturing a flexible electronic device of the present invention, after the step (vi'), further
(vii') An insulating protective layer is coated on the transfer surface of the laminated conductive wiring layer to which the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film is transferred and / or the film surface of the polymer thin film opposite to the laminated conductive wiring layer. The manufacturing method may include a step of forming an insulating protective layer for sealing.

したがって、本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法は、基材に導電性有機材料層を介して導電配線を形成する導電配線層形成工程と、前記積層体の導電配線層を高分子薄膜でコーティングし、さらに水溶性支持膜から形成される支持膜をコーティングし、前記高分子薄膜と水溶性支持膜とでコーティングされた前記導電配線層を、前記導電性有機材料層から又は前記導電性有機材料層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記導電配線層を転写する転写工程と、前記水溶性支持膜と前記高分子薄膜との積層膜上に転写された導電配線層との積層体を水中に浸漬し、前記水溶性支持膜を溶解する工程と、前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が転写された積層導電配線層転写面及び/又は高分子薄膜の前記積層導電配線層と反対側の膜面に絶縁保護層をコーティングすることにより封止する絶縁保護層形成工程とを含む製造方法であってもよい。 Therefore, the method for manufacturing a flexible electronic device of the present invention includes a step of forming a conductive wiring layer in which conductive wiring is formed on a base material via a conductive organic material layer, and a conductive wiring layer of the laminate is coated with a polymer thin film. Further, a support film formed from the water-soluble support film is coated, and the conductive wiring layer coated with the polymer thin film and the water-soluble support film is formed from the conductive organic material layer or the conductive organic material layer. The transfer step of transferring the conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film by peeling it inside, and the lamination of the conductive wiring layer transferred on the laminated film of the water-soluble support film and the polymer thin film. The step of immersing the body in water to dissolve the water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer transfer surface to which the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film is transferred and / or the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film. The manufacturing method may include an insulating protective layer forming step of sealing by coating the film surface on the opposite side with the insulating protective layer.

本発明のフレキシブルデバイスの製造工程において、前記導電性材料は、界面活性剤、分散剤、保湿剤又は付着強化剤等の添加剤を用い印刷用のインクとした後、例えばインクジェット法で印刷することによって基材上にパターンライニングすることによって製造できる(図1:アンテナコイルを印刷する場合の概略図を参照)。あるいは、金属ナノ粒子インクを第2の導電配線層の形成に使用できる。 In the manufacturing process of the flexible device of the present invention, the conductive material is made into an ink for printing by using an additive such as a surfactant, a dispersant, a moisturizing agent or an adhesion enhancer, and then printed by, for example, an inkjet method. It can be manufactured by pattern lining on a substrate (see FIG. 1: Schematic diagram when printing an antenna coil). Alternatively, the metal nanoparticle ink can be used to form the second conductive wiring layer.

このときの印刷法としては、インクジェット法に限定されず、例えば、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー法等が挙げられる。導電性材料による第1の導電性材料と第2の導電性材料である金属ナノ粒子とを積層することにより、金属ナノ粒子を単独でパターンライニングした場合に発生し易い欠陥の無い導電配線が得られる。 The printing method at this time is not limited to the inkjet method, and examples thereof include flexographic printing, gravure printing, screen printing, pad printing, and lithography method. By laminating the first conductive material made of the conductive material and the metal nanoparticles which are the second conductive materials, it is possible to obtain a conductive wiring without defects which is likely to occur when the metal nanoparticles are individually pattern-lined. Be done.

次に、上記の基材上に第1の導電性材料及び第2の導電性材料をパターンライニングした積層構造体に対して、所望によっては、上記印刷用インクに添加剤として含有される成分を分解又は揮発させるために加熱処理を行う。加熱温度としては80℃以上が好ましく、例えば、基材としてガラス基材を、導電性材料としてグラフェンフレークを使用する場合、80℃以上450℃以下で、好ましくは200℃以上450℃以下で、より好ましくは250℃以上400℃以下で、加熱処理工程を行うことができる。 Next, with respect to the laminated structure in which the first conductive material and the second conductive material are pattern-lined on the base material, if desired, a component contained as an additive in the printing ink is added. Heat treatment is performed to decompose or volatilize. The heating temperature is preferably 80 ° C. or higher, for example, when a glass base material is used as the base material and graphene flakes are used as the conductive material, the heating temperature is 80 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. The heat treatment step can be carried out preferably at 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

本発明の製造方法で使用される基材、導電性有機材料、金属ナノ粒子、高分子薄膜、水溶性支持膜、絶縁保護層等の材料は、前記「1.フレキシブル電子デバイス」と同様の材料を使用することができる。 The materials such as the base material, the conductive organic material, the metal nanoparticles, the polymer thin film, the water-soluble support film, and the insulating protective layer used in the production method of the present invention are the same materials as those in "1. Flexible electronic device". Can be used.

特に、導電性有機材料として、グラフェンフレーク、PEDOT:PSS、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン及びポリアセチレンからなる群から選択される少なくとも1種を用いて導電性有機材料層を形成する導電性有機材料層形成工程を含むことができる。特に、PEDOT:PSSは、各種組成のキットが商業的に利用可能であり、これらを入手して使用できる。 In particular, as the conductive organic material, at least one selected from the group consisting of graphene flakes, PEDOT: PSS, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, polyaniline, polyparaphenylene, polyaniline, polythiophene, polyparaphenylene vinylene and polyacetylene. Can include a step of forming a conductive organic material layer using the above. In particular, for PEDOT: PSS, kits of various compositions are commercially available, and these can be obtained and used.

本発明のフレキシブル電子デバイスの製造方法をさらに詳しく説明すると、上記工程によって取得された基材に印刷された導電性炭素材料若しくは導電性ポリマー、又は、金属ナノ粒子を含有する導電性インクで形成される第1の導電配線層、及び、金属ナノ粒子、又は、導電性炭素材料若しくは導電性ポリマーを含有する第2の導電性インクで形成される導電配線層が積層された積層導電配線層に、ポリ乳酸やシリコーン等の高分子薄膜をコーティングし、さらに、その上にポリビニルアルコール等の水溶性支持膜をコーティングする(図2参照)。その後、前記基材から、第1の導電性材料層/金属ナノ粒子層/高分子薄膜層/支持膜の積層体を剥離する。このとき、グラフェンフレークを第1の導電性材料として使用する場合グラフェンフレーク層が層間中で分断されるため、グラフェンは、金属ナノ粒子層と、基材上の両方に残存する。 The method for manufacturing the flexible electronic device of the present invention will be described in more detail. It is formed of a conductive carbon material or a conductive polymer printed on a substrate obtained by the above step, or a conductive ink containing metal nanoparticles. A laminated conductive wiring layer in which a first conductive wiring layer and a conductive wiring layer formed of a second conductive ink containing a conductive carbon material or a conductive polymer are laminated. A polymer thin film such as polylactic acid or silicone is coated, and a water-soluble support film such as polyvinyl alcohol is further coated thereto (see FIG. 2). Then, the laminate of the first conductive material layer / metal nanoparticle layer / polymer thin film layer / support film is peeled off from the base material. At this time, when the graphene flakes are used as the first conductive material, the graphene flake layer is divided between the layers, so that the graphene remains on both the metal nanoparticle layer and the substrate.

この特性を活用し、導電性有機材料から形成される導電配線層又は金属ナノ粒子から形成される導電配線層のいずれの導電配線層に対しても、発光若しくは光源素子、熱発生素子、集積回路等の素子を電気的に接続できる。すなわち、このことは、金属ナノ粒子から形成される導電配線層に接続することにより、基材から導電配線層を剥離する前に素子を導電配線層に接続することも、導電性有機材料から形成される導電配線層に素子を接続することにより、基材から導電配線層を剥離した後に導電配線層に素子を接続することも可能であり、導電配線層に素子を電気的に接続する工程の異なった順序を選択することが可能である。 Utilizing this characteristic, a light emitting or light source element, a heat generating element, and an integrated circuit can be applied to either a conductive wiring layer formed of a conductive organic material or a conductive wiring layer formed of metal nanoparticles. Etc. can be electrically connected. That is, this means that by connecting to the conductive wiring layer formed from the metal nanoparticles, the element can be connected to the conductive wiring layer before the conductive wiring layer is peeled off from the base material, which is also formed from the conductive organic material. By connecting the element to the conductive wiring layer to be formed, it is also possible to connect the element to the conductive wiring layer after peeling the conductive wiring layer from the base material, and it is a step of electrically connecting the element to the conductive wiring layer. It is possible to choose a different order.

次に、前記第1の導電性材料である導電性有機材料層/第2の導電性材料層である金属ナノ粒子層/高分子薄膜層/水溶性支持膜の積層体、又は、前記第1の導電性材料である金属ナノ粒子層/第2の導電性材料層である導電性有機材料層/高分子薄膜層/水溶性支持膜の積層体、を水中に浸し、水溶性支持膜を溶解させることにより、高分子薄膜上にパターンライニングされた金属ナノ粒子層と導電性有機材料層との積層体である積層導電配線層を取得することができる。このとき、水溶性支持膜を溶解する前に適宜光源等の素子をパターンラインの端子に接続することができる。また、水溶性支持膜を溶解後に素子を適宜、パターンライニングされた導電配線の端子に接続することもできる。さらに、これらの工程で製造したパターンライニングされた導電性材料と金属ナノ粒子に、電子素子を接続した構造体を構成し、電気的な絶縁性を有する保護層をコーティングすることにより本発明のフレキシブル電子デバイスを製造することができる。 Next, the laminate of the conductive organic material layer which is the first conductive material / the metal nanoparticle layer / the polymer thin film layer / the water-soluble support film which is the second conductive material layer, or the first. The metal nanoparticle layer which is the conductive material of the above, the conductive organic material layer which is the second conductive material layer, the polymer thin film layer, and the laminate of the water-soluble support film are immersed in water to dissolve the water-soluble support film. By doing so, it is possible to obtain a laminated conductive wiring layer which is a laminate of a metal nanoparticle layer and a conductive organic material layer pattern-lined on a polymer thin film. At this time, an element such as a light source can be appropriately connected to the terminal of the pattern line before the water-soluble support film is dissolved. Further, after the water-soluble support film is dissolved, the element can be appropriately connected to the terminal of the conductive wiring with pattern lining. Further, the flexible material of the present invention is made by forming a structure in which an electronic element is connected to a pattern-lined conductive material and metal nanoparticles produced in these steps and coating a protective layer having electrical insulation. Electronic devices can be manufactured.

これらの高分子薄膜及び支持膜のコーティング法として、スピン・コーティング法、ディッピング法、スプレー・コーティング法、電界重合法、蒸着法、蒸着重合法、ブラシコーティング法、ブレードコーティング法、ローラコーティング法及びロール・ツー・ロール法等の公知の方法を使用できる。 As coating methods for these polymer thin films and support films, spin coating method, dipping method, spray coating method, electric field polymerization method, thin film deposition method, vapor deposition polymerization method, brush coating method, blade coating method, roller coating method and roll. -A known method such as a two-roll method can be used.

前記絶縁保護層は、上記の高分子薄膜や支持膜と同様に、公知のコーティング法を用いて前記導電配線層をコーティングすることができる。該絶縁保護層をコーティングするコーティング法としては、スピン・コーティング法、ディッピング法、スプレー・コーティング法、電界重合法、蒸着法、蒸着重合法、ブラシコーティング法、ブレードコーティング法、ローラコーティング法又はロール・ツー・ロール法等の公知の方法を使用できる。 The insulating protective layer can be coated with the conductive wiring layer by using a known coating method, similarly to the polymer thin film and the support film. Examples of the coating method for coating the insulating protective layer include a spin coating method, a dipping method, a spray coating method, an electric field polymerization method, a vapor deposition method, a vapor deposition polymerization method, a brush coating method, a blade coating method, a roller coating method, or a roll coating method. A known method such as a two-roll method can be used.

本発明の製造方法において、前記導電配線層の例として、コイル又は電極が挙げられる。導電配線層がコイルの場合、好ましくはアンテナコイルである。 In the manufacturing method of the present invention, examples of the conductive wiring layer include a coil or an electrode. When the conductive wiring layer is a coil, it is preferably an antenna coil.

係る製造方法で製造される折り曲げ可能なフレキシブル電子デバイスは、上記「1.フレキシブル電子デバイス」の実施形態で詳細に説明したように、生体外から生体内へ低侵襲的に注入することにより生体内に埋植でき、例えば、無線給電用、発光素子による発光用、ジュール熱発生素子によるジュール熱発生用の電子デバイス、集積回路を素子とする、例えば、生体内に埋植された心臓ペースメーカを制御するための情報通信用デバイスとして使用できる。 As described in detail in the embodiment of "1. Flexible electronic device" above, the bendable flexible electronic device manufactured by the above manufacturing method is injected in vivo from the outside of the living body in a minimally invasive manner. For example, an electronic device for wireless power supply, light emission by a light emitting element, Joule heat generation by a Joule heat generating element, or an integrated circuit as an element, for example, a cardiac pacemaker embedded in a living body can be controlled. It can be used as a device for information communication.

また、本発明の製造方法で製造されるフレキシブル電子デバイスは、上記「1.フレキシブル電子デバイス」の実施形態に使用した形態にしたがって実施できる。 Further, the flexible electronic device manufactured by the manufacturing method of the present invention can be carried out according to the embodiment used in the above-mentioned "1. Flexible electronic device".

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 All references referred to herein are incorporated herein by reference in their entirety. The examples described herein illustrate embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

実験方法と結果
ガラス基材上にインクジェットプリンター(DMP-2831, 富士フイルム株式会社、東京)で、インクジェット印刷したグラフェン(793663, Sigma Aldrich、米国)を熱処理(250℃, 40分) した後、金ナノインク(Au-JB 4010B, 株式会社C-Ink、岡山県)を重ね刷りし、熱処理(250℃、20分)することで、低抵抗のアンテナコイル(厚さ1.47μm, 配線幅400μm, 全長29.6cm,スパイラル5.5巻)及びパッド(1cm四方)を作製した(図1)。
Experimental method and results After heat-treating (250 ° C, 40 minutes) graphene (793663, Sigma Aldrich, USA) printed on a glass substrate with an inkjet printer (DMP-2831, FUJIFILM Corporation, Tokyo), gold. By overprinting nano ink (Au-JB 4010B, C-Ink Co., Ltd., Okayama Prefecture) and heat-treating (250 ° C, 20 minutes), a low-resistance antenna coil (thickness 1.47 μm, wiring width 400 μm, total length 29.6) cm, spiral 5.5 rolls) and pad (1 cm square) were prepared (Fig. 1).

このアンテナコイル上に、高分子溶液(ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、溶媒:酢酸エチル、ポリビニルアルコール、溶媒:水)を滴下し、高分子支持膜を作製することで、高温処理を施した低抵抗な印刷配線を剥離した(図2)。 A polymer solution (polylactic acid, polycaprolactone, solvent: ethyl acetate, polyvinyl alcohol, solvent: water) is dropped onto this antenna coil to prepare a polymer support film, which is subjected to high temperature treatment and has low resistance. The printed wiring was peeled off (Fig. 2).

剥離前と剥離後における積層導電配線層の断面プロファイルからグラフェン層内で剥離したことが確認された。(図3)。剥離操作前に、ガラス基材上に金ナノ粒子層とグラフェン層とが積層した積層導電配線層の厚さは約0.6〜約1.8μmであり、その中、グラフェン層の厚さは約0.4〜約0.6μmであった。剥離操作後、基材上に残存したグラフェン層の厚さは約0.1〜約0.3μmであった。 From the cross-sectional profiles of the laminated conductive wiring layer before and after peeling, it was confirmed that the layer was peeled in the graphene layer. (Fig. 3). Before the peeling operation, the thickness of the laminated conductive wiring layer in which the gold nanoparticle layer and the graphene layer are laminated on the glass substrate is about 0.6 to about 1.8 μm, and the thickness of the graphene layer is about 0.4 to about 0.4. It was about 0.6 μm. After the peeling operation, the thickness of the graphene layer remaining on the substrate was about 0.1 to about 0.3 μm.

高分子薄膜は、膜厚数十nmで製造できる(国際公開パンフレットWO2017/073728及びWO2017/188214)。したがって、積層導電配線層と高分子薄膜層の層膜厚は、1.5μm未満の積層体として製造できる。 Polymer thin films can be manufactured with a film thickness of several tens of nanometers (International Pamphlets WO2017 / 073728 and WO2017 / 188214). Therefore, the layer thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film layer can be produced as a laminated body of less than 1.5 μm.

本発明のフレキシブル電子デバイスは、医療分野において薬物徐放やLED発光での応用(図4A)、並びに、光遺伝学による光感受性細胞の移植と組み合わせた心臓ペーシングでの応用(図4B)が可能である。 The flexible electronic device of the present invention can be applied in the medical field for sustained drug release and LED emission (Fig. 4A), and for cardiac pacing in combination with transplantation of photosensitive cells by optogenetics (Fig. 4B). Is.

また、ラマンスペクトル測定より、剥離した支持膜側のコイルならびにガラス基材に留置された配線の両方からグラフェン由来のスペクトルが検出された。すなわち、導電性有機材料として使用した、単層膜であるグラフェン層が積層したグラファイトにおけるグラフェン層の剥離を起点にして印刷配線が基材から脱離されたことが示された(図5)。 In addition, from Raman spectrum measurement, a spectrum derived from graphene was detected from both the coil on the peeled support film side and the wiring placed on the glass substrate. That is, it was shown that the printed wiring was detached from the base material starting from the peeling of the graphene layer in the graphite in which the graphene layer, which is a single-layer film, was laminated, which was used as the conductive organic material (FIG. 5).

本結果は、導電配線として使用する導電配線層が積層された導電配線層であり、この導電配線層の表裏のいずれに対しても、LED等の発光素子、発熱素子、又は、集積、回路等の素子を電気的に接続可能であることを意味する。すなわち、上記熱処理後、導電配線を剥離する前、又は、剥離した後のいずれの段階においても、導電配線に素子を電気的に接続可能であることを意味し、導電配線と素子とを接続する工程の時期的な選択肢が増えることによる利便性が向上する。 This result is a conductive wiring layer in which conductive wiring layers used as conductive wiring are laminated, and for both the front and back surfaces of the conductive wiring layer, a light emitting element such as an LED, a heat generating element, an integrated circuit, a circuit, etc. It means that the elements of can be electrically connected. That is, it means that the element can be electrically connected to the conductive wiring at any stage after the heat treatment, before the conductive wiring is peeled off, or after the peeling, and the conductive wiring and the element are connected. Convenience is improved by increasing the timely options of the process.

剥離後の配線の抵抗値は145Ωであり、剥離前(131Ω)と同様の抵抗値を示した。このときの抵抗率は、5.6x10-7Ω・mであった。The resistance value of the wiring after peeling was 145Ω, which was the same as that before peeling (131Ω). The resistivity at this time was 5.6 x 10 -7 Ω · m.

剥離した印刷配線にLEDを搭載して作製した無線給電式薄膜発光デバイスの周波数特性をネットワークアナライザで測定したところ、37 MHzに共振周波数を有することが示された(図6)。 When the frequency characteristics of the wirelessly fed thin-film light emitting device manufactured by mounting the LED on the peeled printed wiring were measured with a network analyzer, it was shown to have a resonance frequency at 37 MHz (Fig. 6).

また、給電周波数30MHz、電圧差20Vp-p、電力2倍増幅時においてデバイスのLEDは無線給電により点灯した(図7A,図7B)。さらに、ゼラチンカプセルに格納しても同様の条件(周波数30MHz、電圧差20Vp-p、電力2倍増幅時)にて、点灯した(図7C)。 In addition, the LED of the device was lit by wireless power supply when the power supply frequency was 30 MHz, the voltage difference was 20 Vp-p, and the power was double amplified (FIGS. 7A and 7B). Further, even when stored in a gelatin capsule, it was lit under the same conditions (frequency 30 MHz, voltage difference 20 Vp-p, power double amplification) (FIG. 7C).

さらに、フレキシブル電子デバイスは注射器シリンジ(内径: 2mm)を通じて水中に射出することが可能である(図8)。このフレキシブル電子デバイスを広げたときの一辺の長さと、折り曲げたときとの同一辺の幅の比は約10であった。 In addition, the flexible electronic device can be injected into water through a syringe syringe (inner diameter: 2 mm) (Fig. 8). The ratio of the length of one side when the flexible electronic device was unfolded to the width of the same side when it was bent was about 10.

実際に、フレキシブル電子デバイスの両面をプラズマ処理した絶縁保護層(シリコーンゴム、厚さ:50μm)でコーティングしたLEDを搭載したフレキシブル電子デバイスを用い、 リン酸緩衝液(PBS、pH7.4)中に浸漬し、外部から送電アンテナにてフレキシブル電子デバイスに無線給電(電圧差:20Vp-p、周波数:30MHz、電力2倍増幅時)すると、リン酸緩衝液中でLEDは発光し、正常に稼働することを確認した(図9)。 In fact, using a flexible electronic device equipped with an LED coated on both sides of the flexible electronic device with an insulating protective layer (silicone rubber, thickness: 50 μm) that has been plasma-treated, in a phosphate buffer solution (PBS, pH 7.4). When immersed and wirelessly fed to a flexible electronic device from the outside with a power transmission antenna (voltage difference: 20Vp-p, frequency: 30MHz, when power is double amplified), the LED emits light in the phosphate buffer solution and operates normally. It was confirmed that (Fig. 9).

光遺伝学(オプトジェネティクス)への応用
次に、光刺激により各種生理現象を再現する光遺伝学への応用を目的に光応答性チャネルタンパク質(ChR2)及び緑色蛍光タンパク質(Venus)を発現させたマウス骨格筋筋芽細胞(C2C12)に青色光を照射し、緑色蛍光タンパク質(Venus)の蛍光を観察することで、ChR2の存在を確認した。
Application to optogenetics Next, we express photoresponsive channel protein (ChR2) and green fluorescent protein (Venus) for the purpose of application to optogenetics that reproduce various physiological phenomena by photostimulation. The presence of ChR2 was confirmed by irradiating the mouse skeletal myoblasts (C2C12) with blue light and observing the fluorescence of the green fluorescent protein (Venus).

実験材料
実験に使用したデバイスの構成としては、上記と同様にポリ乳酸薄膜にグラフェンと金ナノ粒子を積層してコイル状に印刷した積層配線層高分子薄膜にLEDを発光素子として電気的に接続したものを使用した。
細胞は、光応答性チャネルタンパク質(ChR2)及び緑色蛍光タンパク質(Venus)を発現させたマウス骨格筋筋芽細胞(C2C12; RIKEN Cell Bank (RCB4693); Asano T. et al., Biotechnology and Bioengineering, 2012, 109, 199-204)を使用した。蛍光顕微鏡は、KEYENCE製BZ-X 710型を使用した。
Experimental materials The device used in the experiment consists of a laminated wiring layer in which graphene and gold nanoparticles are laminated on a polylactic acid thin film and printed in a coil shape in the same manner as above. An LED is electrically connected as a light emitting element to a polymer thin film. I used the one that I did.
The cells were mouse skeletal myoblasts (C2C12; RIKEN Cell Bank (RCB4693); Asano T. et al., Biotechnology and Bioengineering, 2012) expressing photoresponsive channel protein (ChR2) and green fluorescent protein (Venus). , 109, 199-204) was used. As the fluorescence microscope, KEYENCE BZ-X 710 type was used.

実験方法
以下の方法で、光応答性チャネルタンパク質(ChR2)及び緑色蛍光タンパク質(Venus)を発現させたマウス骨格筋筋芽細胞(C2C12)に青色光を照射し、緑色蛍光タンパク質(Venus)の蛍光を観察することで、ChR2の存在を確認した。
(1) 12代継代したChR2-Venus C2C12を直径60mmの培養ディッシュにて4日間培養し、100%confluetの状態にした。
(2) 無線給電によって本デバイスのLEDから放たれる青色光を、ChR2-Venus C2C12に照射した。
(3) 青色光によって励起されるVenusの緑色蛍光を観察し、ChR2の存在を確認した。
Experimental method Using the following method, mouse skeletal myoblasts (C2C12) expressing photoresponsive channel protein (ChR2) and green fluorescent protein (Venus) are irradiated with blue light to fluoresce the green fluorescent protein (Venus). The presence of ChR2 was confirmed by observing.
(1) ChR2-Venus C2C12 subcultured for 12 generations was cultured in a culture dish having a diameter of 60 mm for 4 days to a state of 100% confluet.
(2) ChR2-Venus C2C12 was irradiated with blue light emitted from the LED of this device by wireless power supply.
(3) The presence of ChR2 was confirmed by observing the green fluorescence of Venus excited by blue light.

実験結果
本デバイスの無線給電による青色光によって、細胞に発現したVenusを励起し、緑色蛍光を観察した結果を図10に示した。
Experimental Results Fig. 10 shows the results of observing green fluorescence by exciting Venus expressed in cells with blue light supplied by wireless power supply of this device.

本デバイスにより、細胞に発現した緑色蛍光タンパク質を励起し、光応答性のチャネルタンパク質の発現を確認した。本結果により、生体内に低侵襲的に埋設可能な本デバイスを光遺伝学に適用することで、生体内で任意の光応答性細胞(例:チャネルロドプシン(ChR)を人工的に発現させた筋肉や神経細胞)の機能を制御できることが示された。 With this device, we excited the green fluorescent protein expressed in cells and confirmed the expression of photoresponsive channel proteins. Based on this result, arbitrary photoresponsive cells (eg, channelrhodopsin (ChR)) were artificially expressed in vivo by applying this device, which can be implanted in vivo in a minimally invasive manner, to optogenetics. It has been shown that it can control the function of muscles and nerve cells).

さらに、今回用いたChR2発現筋肉細胞(C2C12)を本デバイス表面で培養し、これを生体(例:心筋)に移植することにより、無線給電を利用した光によって駆動するバイオペースメーカーとしての応用できる。 Furthermore, by culturing the ChR2-expressing muscle cells (C2C12) used this time on the surface of this device and transplanting them into a living body (eg, myocardium), it can be applied as a biopacemaker driven by light using wireless power supply.

Claims (20)

膜厚が10nm以上50μm未満である高分子薄膜、及び、
前記高分子薄膜上に形成された剥離非容易性導電配線層と、該剥離非容易性導電配線層上に形成された、剥離非容易性導電配線層よりも物理的に剥離容易な剥離容易性導電配線層とを有する積層導電配線層を含む導電配線、
を有し、
前記積層導電配線層と前記高分子薄膜の総膜厚が100 μm未満であることを特徴とする、フレキシブル電子デバイス。
Polymer thin films with a film thickness of 10 nm or more and less than 50 μm, and
The non-peelable conductive wiring layer formed on the polymer thin film and the easily peelable conductive wiring layer formed on the non-easy peelable conductive wiring layer are physically easier to peel off than the non-easy peelable conductive wiring layer. Conductive wiring, including a laminated conductive wiring layer having a conductive wiring layer
Have,
A flexible electronic device characterized in that the total film thickness of the laminated conductive wiring layer and the polymer thin film is less than 100 μm.
前記剥離容易性の導電配線層は多層構造で構成され、又は粒子が集合若しくは凝集した構造で構成されることを特徴とする、請求項1に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to claim 1, wherein the easily peelable conductive wiring layer has a multi-layer structure, or has a structure in which particles are aggregated or aggregated. 前記剥離容易性導電配線層は、グラフェン、又はPEDOT:PSSであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to claim 1 or 2, wherein the peelable conductive wiring layer is graphene or PEDOT: PSS. 前記導電配線層の面積が最大となるように広げたときの折り曲げた方向の最大幅と、折り曲げた時の折り曲げた方向の最大幅の比(拡大時の幅/折り曲げた時の幅)が5以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The ratio of the maximum width in the bent direction when expanded so that the area of the conductive wiring layer is maximized and the maximum width in the bent direction when bent (width when expanded / width when bent) is 5. The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible electronic device is characterized by the above. フレキシブル電子デバイスが、折り曲げ(folding)可能な電子デバイスであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the flexible electronic device is a foldable electronic device. 前記フレキシブル電子デバイスが、さらに、前記高分子薄膜上の前記積層導電配線層をコーティングする絶縁保護層を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 5, wherein the flexible electronic device further has an insulating protective layer that coats the laminated conductive wiring layer on the polymer thin film. 生体外より生体内へ注入用の電子デバイスであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electronic device is an electronic device for injection from outside the living body into the living body. 前記積層導電配線層は、前記導電配線が電子回路を形成していることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 7, wherein the laminated conductive wiring layer is characterized in that the conductive wiring forms an electronic circuit. 前記電子回路は、導電配線がコイル又は電極を形成していることを特徴とする、請求項8に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to claim 8, wherein the electronic circuit is characterized in that conductive wiring forms a coil or an electrode. 前記コイルが、アンテナコイルであることを特徴とする、請求項9に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to claim 9, wherein the coil is an antenna coil. 導電配線の抵抗率が100×10-7Ωm以下であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 10, wherein the resistivity of the conductive wiring is 100 × 10 -7 Ωm or less. 前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が設けられた膜面において、前記導電配線の両端に配置される一対の端子に電気的に接続された、光源又は集積回路から選択される素子を備え、前記導電配線と前記素子の外面が絶縁保護層でコーティングされていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 An element selected from a light source or an integrated circuit, which is electrically connected to a pair of terminals arranged at both ends of the conductive wiring on a film surface of the polymer thin film provided with the laminated conductive wiring layer, is provided. The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 11, wherein the conductive wiring and the outer surface of the element are coated with an insulating protective layer. 前記高分子薄膜が、自立性高分子薄膜であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 12, wherein the polymer thin film is a self-supporting polymer thin film. 無線給電システムにおいて、受電装置及び/又は送電装置として用いられることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイス。 The flexible electronic device according to any one of claims 1 to 13, wherein the flexible electronic device is used as a power receiving device and / or a power transmitting device in a wireless power feeding system. フレキシブル電子デバイスの製造方法であって、
(i) 基材に、剥離容易性導電配線層を形成するための第1の材料を含む第1の導電性インクを印刷することにより、第1の導電配線層を形成する工程と、
(ii) 前記基材と前記第1の導電配線層の上に、剥離非容易性導電配線層を形成するための第2の導電性材料を含有する第2の導電性インクを用いて印刷することにより、前記第1の導電配線層上に第2の導電配線層が積層された積層導電配線層を形成する工程と、
(iii) 前記積層導電配線層を高分子薄膜でコーティングする工程と
(iv)前記高分子薄膜でコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写し、導電配線を形成する工程と、を含むことを特徴とする、フレキシブル電子デバイスの製造方法。
A method for manufacturing flexible electronic devices.
(i) A step of forming the first conductive wiring layer by printing a first conductive ink containing the first material for forming the easily peelable conductive wiring layer on the base material.
(ii) Printing is performed using a second conductive ink containing a second conductive material for forming a non-peelable conductive wiring layer on the base material and the first conductive wiring layer. As a result, the step of forming the laminated conductive wiring layer in which the second conductive wiring layer is laminated on the first conductive wiring layer, and
(iii) A step of coating the laminated conductive wiring layer with a polymer thin film
(iv) The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film is peeled off from the first conductive wiring layer or in the first conductive wiring layer, and is laminated on the film surface of the polymer thin film. A method for manufacturing a flexible electronic device, which comprises a step of transferring a conductive wiring layer and forming a conductive wiring.
請求項15に記載の製造方法であって、
工程(iv)が、
(iv’) 前記高分子薄膜を、水溶性支持膜でコーティングする工程と、
(v’) 前記高分子薄膜と水溶性支持膜とでコーティングされた前記積層導電配線層を、前記第1の導電配線層と基材の間から又は前記第1の導電配線層内で剥離させて、前記高分子薄膜の膜面に前記積層導電配線層を転写する転写工程と、
(vi’) 前記高分子薄膜と、前記水溶性支持膜と、前記積層導電配線層からなる構造体を、水中に浸漬し、水溶性支持膜を溶解し除去する工程と
を含むことを特徴とする、製造方法。
The manufacturing method according to claim 15.
Process (iv) is
(iv') The step of coating the polymer thin film with a water-soluble support film and
(v') The laminated conductive wiring layer coated with the polymer thin film and the water-soluble support film is peeled off from between the first conductive wiring layer and the base material or in the first conductive wiring layer. The transfer step of transferring the laminated conductive wiring layer to the film surface of the polymer thin film, and
(vi') It is characterized by including a step of immersing the structure composed of the polymer thin film, the water-soluble support film, and the laminated conductive wiring layer in water to dissolve and remove the water-soluble support film. Manufacturing method.
請求項16に記載の製造方法であって、工程(vi’)の後に、さらに、
(vii’) 前記高分子薄膜の前記積層導電配線層が転写された積層導電配線層転写面及び/又は高分子薄膜の前記積層導電配線層と反対側の膜面に絶縁保護層をコーティングし、封止する工程
を含むことを特徴とする、製造方法。
The manufacturing method according to claim 16, wherein after the step (vi'),
(vii') An insulating protective layer is coated on the transfer surface of the laminated conductive wiring layer to which the laminated conductive wiring layer of the polymer thin film is transferred and / or the film surface of the polymer thin film opposite to the laminated conductive wiring layer. A manufacturing method comprising a step of sealing.
請求項15〜17のいずれか1項に記載の製造方法において、工程(ii)の後で、かつ、工程(iii)の前に、80℃以上400℃以下で前記積層導電配線層を熱処理する工程を含むことを特徴とする、製造方法。 In the production method according to any one of claims 15 to 17, the laminated conductive wiring layer is heat-treated at 80 ° C. or higher and 400 ° C. or lower after step (ii) and before step (iii). A manufacturing method comprising a process. 前記高分子薄膜が、自立性高分子薄膜であることを特徴とする請求項15〜18のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 15 to 18, wherein the polymer thin film is a self-supporting polymer thin film. 前記導電配線が、アンテナコイルであることを特徴とする、請求項15〜19のいずれか1項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 15 to 19, wherein the conductive wiring is an antenna coil.
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