WO2017170929A1

WO2017170929A1 - 生体固定用複合材料

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Publication number: WO2017170929A1
Application number: PCT/JP2017/013394
Authority: WO
Inventors: 松彦西澤; 邦明長峯; 悌二冨永; 佳克齋木; 陽一荒井; 仁新倉; 栄二井樋; 幸夫香取; 真樹岩▲崎▼; 敦寛中川; 奉洋川口; 邦泰新妻; 彩子徳江; 俊毅遠藤; 嘉廣萩原; 宗則綿貫; 橋本　功
Original assignee: Tohoku University
Current assignee: Tohoku University
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2019092530A

Abstract

本発明の目的は、目的とする装着部位に容易にかつ安定して固定できる複合材料を提供することである。　前記課題は、本発明の基材と多孔質体とが結合している複合材料であって、前記複合材料が、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を有することを特徴とする生体固定用複合材料によって解決することができる。

Description

生体固定用複合材料

　本発明は、生体固定用複合材料に関する。本発明によれば、複合材料を装着部位に容易にかつ安定して固定することができる。

　医療における診断・治療の手法として、各種機器を用いた、心電・筋電・脳電等の生体が発する電気信号の計測、及び通電（電気刺激）による生体機能の制御が、既に一般化している。かかる手法では、機器の一部である電極が、機器と生体とのインターフェースとなっている。

　最近、電極材料と、生体親和性に優れるハイドロゲルとを基板に用いた複合電極体が報告されている（特許文献１及び非特許文献１）。これらの複合電極体では、電極材料にハイドロゲル（多孔質体）を載せた状態で、導電性高分子の電解重合を行い、電極材料近傍において、電極材料表面から導電性高分子を伸長させることによって、導電性接着層を形成させている。これらの複合電極体では、ハイドロゲルを構成する高分子鎖と導電性高分子とが相互に絡み合うことにより、電極材料とハイドロゲルとが強固に接着することが報告されている。

国際公開第２０１４／１５７５５０号

M. Sasaki, et al., Advanced Healthcare Materials, 2014, 3, 1919. Cuoco FA Jr, Durand DM. IEEE Trans. Rehabil. Eng. 2000;8:35-41.

　本発明者らは、更に研究を進め、導電性又は非導電性基材とハイドロゲル（多孔質体）とを絶縁性ポリマーにより結合させた複合材料（複合電極体）を開発した。
　しかしながら、これらの複合材料を、目的とする装着部位に安定して固定することは容易ではなく、特に、体液等の液体が豊富に存在する生体内では、装着部位から脱離することがあった。
　従って、本発明の目的は、目的とする装着部位に容易にかつ安定して固定できる複合材料を提供することである。

　本発明者は、生体内において容易にかつ安定して固定できる複合材料について、鋭意研究した結果、驚くべきことに、複合材料が、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を有することにより、生体内において複合材料を容易にかつ安定して固定できることを見出した。
　本発明は、こうした知見に基づくものである。
　従って、本発明は、
［１］基材と多孔質体とが結合している複合材料であって、前記複合材料が、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を有することを特徴とする生体固定用複合材料、
［２］膨潤により、前記生体固定用構造が形成される、［１］に記載の生体固定用複合材料、
［３］前記多孔質体が、アガロースゲル、コラーゲンゲル、グルコマンナンゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリアクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、フィブリンゲル、ポリビニルアルコールゲル、ポリヒドロキシエチルメタクリレートゲル、シリコーンハイドロゲル、ポリビニルピロリドンゲル、ポリエチレングリコールゲル、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸ゲル、アルギン酸ゲル、カラギーナンゲル、キトサンゲル、ポリＮイソプロピルアクリルアミドゲル、アクリル酸ゲル、ポリスチレンスルホン酸ゲル、ＰＰＥＧＤＡ、ＰＰＥＧＤＭ、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ＤＮハイドロゲル及びそれらの２つ以上の複合ゲルからなる群から選択される１つ以上の多孔質体である、［１］又は［２］に記載の生体固定用複合材料、
［４］前記複合材料が複合電極体である、［１］～［３］のいずれかに記載の生体固定用複合材料、
［５］前記多孔質体が基材から多孔質体に伸びるポリマーによって結合している、［１］～［４］のいずれかに記載の生体固定用複合材料、
［６］前記ポリマーが、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリビチオフェン、ポリイソチオフェン、ポリドデシルチオフェン、ポリイソナイトチオフェン、ポリ－３－ヘキシルチオフェン、ポリアニリン、ポリイソチアナフテン、ポリチアジル、ポリフェニレン、ポリフルオレン、ポリジアセチレン、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリチエニレンビニレン、及びポリフェニレスルフィドからなる群から選択される１つ以上の導電性高分子、又はポリ（メタ）アクリル酸若しくはこれらの塩（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、又はアクリル酸・メタクリル酸アルキルコポリマー等のポリ（メタ）アクリル酸類若しくはこれらの塩）、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートの重合体（例えば、ＰＰＥＧＤＡ又はＰＰＥＧＤＭ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、無水マレイン酸コポリマー、ポリアルキレンオキサイド系樹脂、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸無水物）とポリエチレングリコールとの架橋体、ポリエチレングリコール架橋体、Ｎ－ビニルアセトアミド架橋体、アクリルアミド架橋体、デンプン・アクリル酸塩グラフトコポリマー架橋物、及びシリコーンからなる群から選択される絶縁性ポリマーである、［５］に記載の生体固定用複合材料、
に関する。

　本発明の生体固定用複合材料によれば、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を用いて、複合材料を装着部位に容易に安定して固定することができる。さらに、本発明の生体固定用複合材料によれば、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を用いて、体液等の液体が豊富に存在する生体内においても、標的とする装着部位に容易にかつ安定して固定することができる。

本発明の凸型部を有する生体固定用複合材料において、膨潤により凸型部が形成されることを示した写真である。本発明の巻き付き部を有する生体固定用複合材料において、膨潤により巻き付き部が形成されることを示した写真（（ａ）～（ｃ））、ラットから採取した坐骨神経束に生体固定用複合電極体を巻き付けた写真（ｄ）、生体固定用複合電極体をガラス棒に巻き付けた場合の連続写真（ｅ）、表面改質回数と巻付き部内径の関係を示すグラフ（ｆ）、及び締付圧の測定のセットアップ概略図及び測定結果を示したグラフ（ｇ）である。本発明の挟持部を有する生体固定用複合材料において、膨潤により挟持部が形成されることを示した写真である。

［１］生体固定用複合材料
　本発明の生体固定用複合材料は、基材と多孔質体とが結合している複合材料が、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を有している。本発明の生体固定用複合材料は、好ましくは生体固定用複合電極体である。また、本発明の生体固定用複合材料は、好ましくは多孔質体が、基材から多孔質体に伸びるポリマーによって結合されている。

（生体固定用構造）
　本発明の生体固定用複合材料は、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を含む。本発明の生体固定用複合材料は、生体固定用構造により、装着部位に容易にかつ安定して固定される。生体固定用複合材料は、生体固定用構造を最初から有していてもよく、又は、含水率の変化により発生させてもよい。
　生体固定用複合材料は、その一部として生体固定用構造を有してもよく、又は、その全体が、生体固定用構造であってもよい。例えば、生体固定用複合材料は、その全体が、巻き付き部又は挟持部であることができる。
　本発明の生体固定用複合材料は、複合材料を固定することが困難な体内部位においても、生体固定用構造により容易にかつ安定して固定されることができる。複合材料を固定することが困難な体内部位は、例えば、心臓内壁及び血管内壁などの血液が高速で乱流を巻きながら流れておりかつ固定される壁が持続的に動いている部位、関節腔などの分泌液で満たされかつ滑らかな弾性繊維からなる壁で囲まれている部位、腱などの接着困難な部位、髄液で満たされかつ柔らかい組織からなる中枢神経系（脳及び脊髄）、骨盤腔などの体表内における微細な神経系、又は消化管などの嚥下時の蠕動運動が発生している部位、が挙げられる。

（巻き付き部）
　巻き付き部とは、装着部位に巻き付くことにより複合材料を装着部位に固定するための構造を意味する。好ましくは、本発明の生体固定用複合材料は、その全体が、巻き付き部である。好ましくは、本発明の生体固定用複合材料は、含水率の変化により巻き付き部を発生させる。

（挟持部）
　挟持部とは、装着部位を挟むことにより複合材料を装着部位に固定するための構造を意味する。挟持部は、一方の端部ともう一方の端部とが装着部位を挟み込むことにより、複合材料を装着部位に固定する。好ましくは、本発明の生体固定用複合材料は、その全体が、挟持部である。好ましくは、本発明の生体固定用複合材料は、含水率の変化により挟持部を発生させる。

（凸型部）
　本発明の生体固定用複合材料は、装着部位と接する複合材料の表面に１つ以上の凸型部を含む。凸型部は、複合材料が装着部位から外れることを摩擦により防止する。凸部の形状は、様々なものを選択することができ、例えば、多角錐型、円錐型、円柱型、角柱型、又は半円型とすることができる。凸部は、装着部位と接する複合材料の表面においてランダムに配列していてもよく、又は規則的に配列していてもよい。
　凸部の数及び大きさも、本発明の効果が得られる限りにおいて特に限定されるものではなく、装着部位に応じて、適宜設定することができる。

（吸盤部）
　本発明の生体固定用複合材料は、装着部位と接する複合材料の表面に１つ以上の吸盤部を含む。吸盤部が吸着することにより、複合材料が装着部位から外れることを防止する。吸盤部は、装着部位と接する複合材料の表面において、ランダムに配列していてもよく、又は規則的に配列していてもよい。

《複合材料》
　本発明に用いる複合材料は、基材と多孔質体とを含む複合材料である。本発明に用いる複合材料は、好ましくは基材から多孔質体に伸びるポリマーによって基材と多孔質体とが結合している。ポリマーによる結合により、基材及び多孔質体が強固に結合することができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、基材及び多孔質体を含むことにより、生体固定用複合材料として使用することができる。

　本発明に用いる基材としては、導電性基材、又は絶縁性基材を用いることができる。
（導電性基材）
　複合材料に用いる導電性基材は、導電性を有する限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えば金属、炭素材料、導電性ポリマー材料、伸縮性材料、半導体、又はそれらの複合材料を挙げることができる。基材として、導電性材料を用いることにより、本発明の複合材料を複合電極体として用いることができる。
　金属としては、金、白金、銀、チタン、アルミニウム、タングステン、銅、鉄、又はパラジウムを挙げることができる。炭素材料としては、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、グラッシーカーボン、グラフェン、フラーレン、カーボンファイバ、カーボンファブリック、又はカーボンエアロゲルを挙げることができる。導電性ポリマー材料としては、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリチオフェン、又はポリ（ｐ－フェニレンスルフィド）を挙げることができる。伸縮性材料としては、ウレタン、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムを挙げることができる。半導体としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化チタン、酸化銅、又は酸化銀を挙げることができる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

（絶縁性基材）
　複合材料に用いる絶縁性基材としては、ガラス、又は一般的な樹脂や該樹脂を含む樹脂組成物を用いることができる。ここで、樹脂としては、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリ（ラクチド－ｃｏ－グリコリド）共重合体、ポリジオキサノン、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、アクリル酸エステル、アクリロニトリルエチレンプロピレンゴムスチレン共重合体、アクリロニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルスチレンアクリレート、ポリブタジエン、ビスマレイミドトリアジン、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、サイクリックブチルテレフタレート、クレゾールホルムアルデヒド、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース、ヒドリンゴム、セルロースプロピオネート、塩素化塩化ビニル、クロロプレンゴム、カゼイン、セルローストリアセテート、ジアリルフタレート、エチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレンジアミン四酢酸、エチレンエチルアクリレート、エチレンメチルアクリレート、エチレンメタクリル酸、エポキシ樹脂、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチルビニルエーテル、パーフルオロゴム、ポリエチレン、ポリスチレン、ブチルゴム、イソプレンゴム、ジフェニルメタンイソシアネート、メラミンホルムアルデヒド、ニトリルゴム、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイソブチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、スチレンブタジエン、シリコーン、ポリエステル、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、特に、生体親和性、安定性の観点から、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、シリコーン、ポリエステル、テフロン、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。
　また、ガラスは、ケイ酸塩を主成分とするものであるが、本明細書においてケイ酸塩はＳｉＯ_２を含む。
　なお、基材として、絶縁性基材を用いた場合、複合材料を電極又はセンサーとして用いるために、更に導電性材料を複合材料と一緒に用い、導電性材料と多孔質体とを接触させる。これによって、複合材料を電極又はセンサーとして使用することができる。導電性材料としては、例えば、前記導電性基材に用いた、材料を限定することなく、使用することができる。

（多孔質体）
　本発明の生体固定用複合材料に含まれる多孔質体は、柔軟性を有するものである限りにおいて、限定されるものではないが、生体親和性に優れたものが好ましく、例えばゲルを挙げることができ、特にはハイドロゲルが好ましい。
　具体的には、ハイドロゲルを形成する材料としては、寒天、ゼラチン、アガロース、キサンタンガム、ジェランガム、スクレロチウガム、アラビアガム、トラガントガム、カラヤガム、セルロースガム、タマリンドガム、グアーガム、ローカストビーンガム、グルコマンナン、キトサン、カラギーナン、クインスシード、ガラクタン、マンナン、デンプン、デキストリン、カードラン、カゼイン、ペクチン、コラーゲン、フィブリン、ペプチド、コンドロイチン硫酸ナトリウム等のコンドロイチン硫酸塩、ヒアルロン酸（ムコ多糖類）及びヒアルロン酸ナトリウム等のヒアルロン酸塩、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、及びアルギン酸カルシウム等のアルギン酸塩、並びにこれらの誘導体等の天然高分子；メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体及びこれらの塩；ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸・メタクリル酸アルキルコポリマー、等のポリ（メタ）アクリル酸類及びこれらの塩；ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートの重合体（ＰＰＥＧＤＡ、ＰＰＥＧＤＭ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、無水マレイン酸コポリマー、ポリアルキレンオキサイド系樹脂、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸無水物）とポリエチレングリコールとの架橋体、ポリエチレングリコール架橋体、Ｎ－ビニルアセトアミド架橋体、アクリルアミド架橋体、デンプン・アクリル酸塩グラフトコポリマー架橋物等の合成高分子；シリコーン；相互侵入網目構造ハイドロゲル及びセミ相互侵入網目構造ハイドロゲル（ＤＮハイドロゲル）を挙げることができる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。
　多孔質体の含水率は、特に限定されるものではないが、６０～９９．５質量％が好ましく、より好ましくは７０～９９質量％であり、更に好ましくは８０～９９質量％である。

（ポリマー）
　前記基材と多孔質体とは、好ましくは基材から多孔質体に伸びるポリマーによって基材と多孔質体とが結合している。前記基材と多孔質体とを結合させるポリマーは、特に限定されるものではないが、導電性高分子又は絶縁性ポリマーを挙げることができる。導電性高分子又は絶縁性ポリマーが基材から重合により多孔質体の内部に伸長することにより、前記基材と多孔質体とを強固に結合させることができる。

　導電性高分子としては、特に限定されるものではないが、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（以下、ＰＥＤＯＴと称することがある）、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリビチオフェン、ポリイソチオフェン、ポリドデシルチオフェン、ポリイソナイトチオフェン、ポリ－３－ヘキシルチオフェン、ポリアニリン、ポリイソチアナフテン、ポリチアジル、ポリフェニレン、ポリフルオレン、ポリジアセチレン、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフェニレスルフィド、又はその２つ以上の混合物を挙げることができ、好ましくはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、又はポリピロールである。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

　絶縁性ポリマーとしては、特に限定されるものではないが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸・メタクリル酸アルキルコポリマー等のポリ（メタ）アクリル酸類及びこれらの塩；ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートの重合体（ＰＰＥＧＤＡ、ＰＰＥＧＤＭ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、無水マレイン酸コポリマー、ポリアルキレンオキサイド系樹脂、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸無水物）とポリエチレングリコールとの架橋体、ポリエチレングリコール架橋体、Ｎ－ビニルアセトアミド架橋体、アクリルアミド架橋体、デンプン・アクリル酸塩グラフトコポリマー架橋物等の合成高分子；シリコーン；等が挙げられ、特に、周辺環境に応じた変形が無い（温度やｐＨ等で膨潤度が変化しない）ことから、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ＰＰＥＧＤＡ、ＰＰＥＧＤＭが好ましい。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

　複合材料は、前記基材から伸びる、通電のための配線を有してもよい。

《複合材料の製造方法》
　複合材料は、基材と多孔質体とを接着させることによって製造することもできる。一方、基材から多孔質体に伸びるポリマーによって基材と多孔質体とを結合させる場合、以下の（Ａ）又は（Ｂ）の製造方法によって製造することができる。
（Ａ）導電性高分子を用いる複合材料の製造方法
　ポリマーとして、導電性高分子を用いる場合、本発明の複合材料は、（１）基材形成用基板に基材を形成する工程、（２）基材形成用基板に形成された基材に接触するように、多孔質体を形成する工程、（３）導電性モノマーを含む電解質液中で電解重合を行い、基材から多孔質体中に導電性高分子を重合させることによって、基材と多孔質体とを接着する工程、（４）基材形成用基板と、基材とを剥離する工程、を含み、好ましくは（５）基材表面に、導電性モノマーを含む電解質液を接触させ、電解重合により、前記基材表面に導電性高分子重合層を形成する工程、を更に含む。前記基材は、好ましくは電極であり、従って基材形成用基板は、好ましくは電極形成用基板である。

（１）基材形成工程
（基材形成用基板）
　基材形成用基板は、基材のパターンを形成することができる限りにおいて、限定されるものではない。素材としては、例えばガラス、プラスチック、布、又は木材を挙げることができるが、平坦であり基材との密着性が低いという点でガラスが好ましい。基材形成用基板の形状も、限定されるものではなく、板状の基板に基材パターン（電極パターン）を形成してもよく、棒状の基材の表面に基材パターン（電極パターン）を形成してもよい。

（２）多孔質体形成工程
　多孔質体形成工程において、多孔質体は、基材形成用基板に形成された基材に接触するように形成する。多孔質体の形成は、基材が多孔質体に配設されるように形成してもよく、基材が多孔質体が埋設されるように形成してもよい。また、既に形成された多孔質体を基材に接触するように配置してもよい。

　多孔質体のゲル化は、公知の方法に従って、行うことができる。すなわち、それぞれの材料のゲル化方法に従って行うことができる。

（３）接着工程
　接着工程は、導電性モノマーを含む電解質液中で電解重合を行い、導電性基材から多孔質体中に導電性高分子接着層を形成させることによって、基材と多孔質体とを接着する工程である。導電性高分子のモノマーとしては、具体的には、３，４－エチレンジオキシチオフェン（以下、ＥＤＯＴと称することがある）、アセチレン、ピロール、チオフェン、ビチオフェン、イソチオフェン、ドデシルチオフェン、イソナイトチオフェン、３－ヘキシルチオフェン、アニリン、イソチアナフテン、チアジル、フェニレン、フルオレン、ジアセチレン、アセン、パラフェニレン、チエニレンビニレン、フェニレスルフィド、又はその混合物を挙げることができる。
　接着工程においては、モノマーを溶媒に溶解し、多孔質体のゲルに加え、基材に電位を印加することによって、導電性高分子を電解重合する。溶媒中のモノマーの濃度は、適宜決定することができるが、例えば１～５００ｍＭで行うことができ、好ましくは１０～１００ｍＭである。電解重合で印加する電位も、適宜決定することができるが、好ましくは０．５～１．５Ｖである。

（４）剥離工程
　剥離工程は、基材形成用基板から基材を剥離する工程である。
　例えば、基材（金属電極）としてＡｕを用いて、ガラス基板にＡｕ電極パターンを形成した場合、前記接着工程におけるＡｕ電極と多孔質体との結合力が、Ａｕ電極とガラス基板の結合よりも強いため、ガラス基板から多孔質体を剥離することによって、複合材料をガラス基板から剥離することができる。また、ガラス基板との結合が強い金属電極、カーボン電極又は伸縮性電極を用いた場合は、ガラス基板に、例えばポリビニルアルコールを、予め塗布し、電極パターンを形成することによって、剥離を容易にすることができる。

（５）導電性高分子重合層形成工程
　導電性高分子重合層形成工程は、基材表面に、導電性高分子のモノマーを含む電解質液を接触させ、電解重合により、前記基材表面に導電性高分子重合層を形成する工程である。
　本工程では、モノマーを溶媒に溶解し、それを基材表面に接触させる。そして導電性基材に電圧を印加することにより、基材表面に導電性高分子を重合させる。
　モノマーの濃度は、適宜決定することができるが、例えば１～５００ｍＭで行うことができ、好ましくは１０～１００ｍＭである。用いる容量に対する溶媒量も適宜決定することができる。電解重合で印加する電位も、適宜決定することができるが、好ましくは０．５～１．５Ｖである。本工程で使用する導電性高分子のモノマーは、前記接着工程で用いた導電性高分子のモノマーを用いることができる。

（Ｂ）絶縁性ポリマーを用いる複合材料の製造方法
　複合材料の製造方法は、（１）基材表面に重合開始部を導入する、重合開始部導入工程と、（２）多孔質体中にモノマーを含浸させる、モノマー含浸工程と、（３）重合開始部を重合開始点としてモノマーの重合反応を行う、重合工程と、を含む。上記各工程により、基材表面から始端し多孔質体内部に伸びる絶縁性ポリマーを備える本実施形態の複合材料を製造することが可能になる。本実施形態の複合材料の製造方法におけるモノマーの重合反応の種類としては、特に限定されないが、ラジカル重合反応であることが好ましい。基材としては、絶縁性基材、導電性基材、又はその組み合わせを用いることができる。

（１）重合開始部導入工程
　本実施形態では、まず、基材表面に重合開始部を導入する。重合開始部としては、（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）シリーズの）アルキルフェノンタイプ、アシルフォスフィンオキサイドタイプ、分子内水素引き抜きタイプ、オキシムエステル等のその他のタイプ、イソブチルベンゾインエーテル、イソプロピルベンゾインエーテル等のベンゾインエーテルタイプ、ベンジルメチルケタール、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のベンジルケタールタイプ、ベンゾフェノン、２－クロロチオキサントン等のケトンタイプ等が挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

　重合開始部の導入においては、オゾン処理（カルボキシル基の導入）、酸素プラズマ処理、コロナ放電処理、ＵＶ処理（例えば、ベンゾフェノンの導入）、シランカップリング剤による処理、チオール化合物による処理等を用いてよく、また、重合開始部は、上記基材表面の処理により、直接的に導入してもよく、重合開始部は、上記処理後に、例えば、エステル結合やアミド結合等を介して、更に結合させてもよい。具体的には、重合開始部導入工程では、例えば、平板上に置かれた前述の基材（例えば、ポリウレタン）にオゾンを照射して、基材表面にカルボキシル基を導入し、次いで、このカルボキシル基に、ヒドロキシル基を備えるα－ヒドロキシアルキルフェノンを、縮合剤を用いて結合させることができる。
　また、例えば、平板上に置かれた前述の基材（例えば、ポリプロピレン）の表面にベンゾフェノンを塗布させ、次いで、塗布後の基材に紫外線を照射して、基材表面にベンゾフェノン部分を導入することができる。

（２）モノマー含浸工程
　本実施形態では、次いで、多孔質体中にモノマーを含浸させる。ここでは、モノマーとして、重合体となって絶縁性ポリマーとなり得るモノマーを用いている。具体的には、モノマー含浸工程では、例えば、多孔質体がハイドロゲルである場合、ハイドロゲルをモノマー水溶液に含浸することができる。
　また、例えば、多孔質体が高分子ハイドロゲルである場合、高分子ハイドロゲルを、一旦、水に含浸させて、重合反応の副生成物や残存モノマー等の共雑物を洗浄（除去）した後に、モノマー水溶液に含浸することができる。モノマーとしては、重合体となって絶縁性ポリマーとなり得るモノマーとしてもよく、重合体となって導電性ポリマーとなり得るモノマーとしてもよい。

　絶縁性ポリマーとなり得るモノマーとしては、前述の絶縁性ポリマーを構成する単量体としてよく、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸・メタクリル酸アルキル等の（メタ）アクリル酸類及びこれらの塩；ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＰＥＧＤＡ、ＰＥＧＤＭ）、ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、ビニルピロリドン、スチレンスルホン酸、エチレングリコール、無水マレイン酸、アルキレンオキサイド、メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸無水物、Ｎ－ビニルアセトアミド、デンプン；シラノール；等が挙げられ、特に、周辺環境に応じた変形が無い（温度やｐＨ等で膨潤度が変化しない）ことから、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、ＰＥＧＤＡ、ＰＥＧＤＭが好ましい。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。

（３）重合工程
　本実施形態では、更に、重合開始部を重合開始点としてモノマーの重合反応を行う。モノマーの重合の開始反応としては、熱反応、光反応、酸化還元反応が挙げられ、反応制御の容易性から、光反応が好ましい。これらは、１つ単独で用いてもよく、２つ以上組み合わせて用いてもよい。重合開始反応の条件は、重合開始部特性に応じて、適宜定めることができる。重合反応の条件は、モノマーの特性に応じて、適宜定めることができる。

　以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

《実施例１：凸型部を有する生体固定用複合材料の製造》
　切削加工機を用い、アクリル板に凸型形状アレイの鋳型を作製した。凸構造の形状は円錐とし、サイズは、底面直径が２５０μｍ、高さが６００μｍとした。ダブルネットワークハイドロゲルのプレポリマ溶液（１０ｍｇ／ｍＬゲランガム（和光純薬製）、１８０ｍｇ／ｍＬアクリルアミド（和光純薬製）、０．１１８ｍｇ／ｍＬ　Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ、和光純薬製）、２ｍｇ／ｍＬ　Ｉｒｇａｃｕｒｅ２９５９（ＢＡＳＦ製）、及び１０ｍＭ　ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（和光純薬製）を含む水溶液である）を調製し、前記の鋳型に流し込んだ。次に、４℃で３０分間冷却し、１ｓｔゲルとなるゲランガムをゲル化した後、３０２ｎｍのＵＶ（強度３８０μＷ／ｃｍ^２、UVL-28EL、フナコシ製）を１時間照射し、２ｎｄポリマのアクリルアミド（和光純薬製）をゲル化した。これにより、ダブルネットワークハイドロゲルを作製した。鋳型からダブルネットワークハイドロゲルを剥離した。次に、凸型形状アレイの上にナイロンメッシュ、スライドガラス、及び重りを乗せ凸構造を押しつぶした状態で、７０℃のオーブン（EYELA社製、ＮＤＯ－７００）で一晩乾燥し、平坦化した乾燥サンプルを得た。
　図１ａは、平坦化した乾燥サンプル表面の顕微鏡写真である。これを人工脳髄液（アートセレブ、大塚製薬社製）に５分間浸漬し膨潤させると、図１ｂのように凸型構造に変形させることができた。

《実施例２：巻き付き部を有する生体固定用複合電極体の製造》
（１）複合電極体の作製
　１．０Ｍ　2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid sodium salt（ＮａＡＭＰＳ、モノマ、Ｓｉｇｍａ　Ａｌｄｒｉｃｈ製）、４０ｍＭ　ＭＢＡＡ（架橋剤）、及び１ｍＭ　２－オキソグルタル酸（光重合開始剤：和光純薬製）を蒸留水１０ｇに溶解し、１ｓｔプレポリマ溶液を調製した。次に、任意の厚さのシリコーンスペーサを介して２枚のガラス板を貼り合わせ、その隙間に１ｓｔプレポリマ溶液を満たした。窒素を充填したグローブボックス内で、３６５ｎｍのＵＶ（強度１ｍＷ／ｃｍ^２）を６時間照射し、１ｓｔＮａＡＭＰＳハイドロゲルを得た。次に３ＭＮ，Ｎ－ｄｉｍｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ（ＤＭＡＡｍ、モノマ、Ｓｉｇｍａ　Ａｌｄｒｉｃｈ製）、３ｍＭ　ＭＢＡＡ、及び１ｍＭ　２－オキソグルタル酸を蒸留水２００ｇに溶解し、２ｎｄプレポリマ溶液を調製した。１ｓｔＰＮａＡＭＰＳハイドロゲルを２ｎｄプレポリマ溶液に２日間浸漬した後、窒素を充填したグローブボックス内で３６５ｎｍのＵＶ（強度１ｍＷ／ｃｍ^２）を６時間照射し、ダブルネットワークハイドロゲルを得た。未反応モノマや光重合開始剤を除去するために、ハイドロゲルを蒸留水で一晩洗浄した。
　スライドガラスを適当なサイズに切り分け、アセトン（和光純薬製）、８６％　エタノール－イソプロパノール（和光純薬製）、蒸留水の順で１５分ずつ超音波洗浄し、イソプロパノール中に保管した。スライドガラスに１０重量％のポリビニルアルコール水溶液（和光純薬製）をスピンコート（１０００ｒｐｍ、２０秒、ＡＣＴ－２２０ＤII、アクティブ製）し、１００℃のホットプレート（TH-900、アズワン製）を用いた基板の加熱により溶媒を蒸発させてポリビニルアルコール犠牲層を形成した。
　重合溶液は、１－ブタノール（和光純薬製）を２ｍＬ、１Ｍ　ＥＤＯＴモノマー溶液（Ｃｒｅｖｉｏｓ　ＭＶ２、Ｈｅｒａｅｕｓ製）を０．２２ｍＬ、４００ｍＭ　ｐ－トルエンスルホン酸鉄（III）含有１－ブタノール溶液（Ｃｌｅｖｉｏｓ　Ｃ－Ｂ４０Ｖ２、Ｈｅｒａｅｕｓ製）を６．５ｍＬ（ＥＤＯＴ酸化剤、ドーパントイオン）、１０重量％ポリウレタン（ＡＲ６５０、オカダエンジニアリング製）／テトラヒドロフラン（和光純薬製）溶液を２２．５ｍＬ、アニソール（和光純薬製、溶媒の蒸発抑制用）を４．１７ｍＬ混合して調製した。１００℃のホットプレートで１０分間加熱し、溶媒の蒸発と重合反応の進行を促すことで導電性ウレタンフィルムを形成した。レーザー加工機（Versa LASER社製）で任意のパターンにフィルムを加工した。
　ダブルネットワークゲルを前記の導電性ウレタンパターン基材に設置した。重合溶液は、蒸留水中に、ＥＤＯＴモノマーを５０ｍＭ、ＬｉＣｌＯ４（和光純薬製、ドーパントイオン）を１００ｍＭとなるように添加して調製した。重合溶液を多孔質体に０．５ｍＬ滴下し、導電性ウレタンと重合溶液に、１．０Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の電位を印加して、重合量３００ｍＣ／ｃｍ^２、電解酸化重合を行った。
　ＰＥＤＯＴ重合後、基板を１００℃の蒸留水に３０分間浸漬し、ポリビニルアルコール犠牲層を溶解させた。ダブルネットワークゲルを基板から剥離し、導電性ウレタンがパターニングされたダブルネットワークゲル基板電極体を得た。

（２）巻き付き部を有する生体固定用複合電極体の形成
　２．０Ｍ　ＮａＡＭＰＳ（モノマ）、４ｍｏｌ％（モノマに対する割合）ＭＢＡＡ（架橋剤）、及び４０ｍＭ　２－オキソグルタル酸（光重合開始剤）を蒸留水１ｇに溶解し、ＰＮａＡＭＰＳ重合溶液を調製した。この重合溶液をシリコーンゴム製の器に注ぎ、その液面上に、（１）で作製した複合電極体を、電極接着面の裏側が溶液と接するように置き、１分間ＰＮａＡＭＰＳ重合用液を複合電極体の基板ハイドロゲルに浸透させた。その後、ＵＶ（波長３６５ｎｍ、３５０ｍＷ／ｃｍ^２、１０秒、ＬＣ８、浜松フォトニクス製）を照射し、電極接着面の裏面で重合溶液をゲル化させた。この表面改質工程を繰り返すことで巻付き部の内径を制御した。得られたゲルを鋳型から外し、蒸留水に浸漬することで洗浄した。この時、複合電極体の片面表面に重合されたPNaAMPSが浸透圧の作用で膨潤することで筒状に変形する。筒状の電極複合体を平坦に広げた状態でナイロンメッシュ、スライドガラス、及び重りをその表面に乗せ、７０℃のオーブンで一晩乾燥させることで平坦化したサンプルを得た。
　図２ａは、平坦化した乾燥サンプル表面の顕微鏡写真である。これを人工脳髄液（アートセレブ、大塚製薬社製）に５分間浸漬し膨潤させると、図２ｂのように筒型構造に変形させることができた。図２ｃは、ガラス棒に巻き付けた生体固定用複合電極体の写真である。図２ｄはラットから採取した坐骨神経束に巻付けた生体固定用複合電極体の写真である。図２ｅは、生体固定用複合電極体がガラス棒に巻き付く時の連続写真である。ガラス棒の表面にはLED、及び外部電源と直列で繋がった導電性テープがあらかじめ貼付されており、生体固定用複合電極体が巻付いて密着するとLEDが点滅するように回路を形成した。写真のように人工脳髄液を添加後、８分間で巻付き部が形成されＬＥＤが点滅し密着が確認できた。

　次に、巻付き部内径と締付圧の関係性を調べた。図２ｆに、表面改質回数と巻付き部内径の関係を示す。表面改質１回では、円弧状までしか変形しないが、２回目以降は図に挿入された写真のように筒状に変形し、表面改質を繰り返すことで内径を５ｍｍから１ｍｍまで制御可能であった。
　図２ｇは締付圧の測定のセットアップ概略図、及び測定結果である。水を満たしたシリコーンチューブ（外径３．１ｍｍ）を準備し、その一端をバルブ、他端を水圧センサ（キーエンス社製、ＧＰ－Ｍ００１）に接続した。シリコーンチューブ中央部に生体固定用複合電極体を巻き付けると、その締付圧でチューブ内圧が増加するので、その内圧を水圧センサで計測した。締付圧は巻付き部の内径の減少と共に増加し、外径３．１ｍｍのチューブに対し内径１ｍｍの生体固定用複合電極体を巻き付けた場合は締め付け圧が３００Ｐａであった。脆弱な神経束へのダメージとなる圧力は１．３ｋＰａとの報告がある（非特許文献２）。従って、本電極は、安全かつ密着して神経束に巻付けることができることが示された。

《実施例３：挟持部を有する生体固定用電極複合材料の製造》
　前記実施例２（１）に記載の方法でダブルネットワークハイドロゲルを作製した。前記実施例２（２）に記載のＰＮａＡＭＰＳ重合用液を充填したシリコーンゴム製の器を準備し、その表面にダブルネットワークハイドロゲルを置いた。更に、ダブルネットワークハイドロゲルの中央部だけが露光されるように、それ以外の部分を遮板で覆った。ＵＶ（波長３６５ｎｍ、３５０ｍＷ／ｃｍ^２、１０秒）を照射し、重合溶液をゲル化させた。得られたゲルを鋳型から外し、蒸留水に浸漬することで洗浄した。この時、ダブルネットワークハイドロゲル表面に重合されたＰＮａＡＭＰＳが浸透圧の作用で膨潤することでＵ字状に変形する。Ｕ字状のダブルネットワークハイドロゲルを平坦に広げた状態でナイロンメッシュ、スライドガラス、及び重りをその表面に乗せ、７０℃のオーブンで一晩乾燥させることで平坦化したサンプルを得た。
　図３ａは、平坦化した乾燥サンプル表面の顕微鏡写真である。その近くにあるＴ字の構造物は、挟持させる対象として作製したアガロースゲルである。人工脳髄液（アートセレブ、大塚製薬社製）に５分間浸漬し膨潤させると、図３ｂのようにＵ型構造に変形し、アガロースゲルの凸部に挟持させることができた。

　本発明の生体固定用複合材料は、生体内の目的とする装着部位に容易にかつ安定して固定できる電極、又はセンサーなどとして利用することができる。
　以上、本発明を特定の態様に沿って説明したが、当業者に自明の変法や改良は本発明の範囲に含まれる。

Claims

　基材と多孔質体とが結合している複合材料であって、前記複合材料が、巻き付き部、挟持部、凸型部、及び吸盤部からなる群から選択される生体固定用構造を有することを特徴とする生体固定用複合材料。
　膨潤により、前記生体固定用構造が形成される、請求項１に記載の生体固定用複合材料。
　前記多孔質体が、アガロースゲル、コラーゲンゲル、グルコマンナンゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリアクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、フィブリンゲル、ポリビニルアルコールゲル、ポリヒドロキシエチルメタクリレートゲル、シリコーンハイドロゲル、ポリビニルピロリドンゲル、ポリエチレングリコールゲル、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸ゲル、アルギン酸ゲル、カラギーナンゲル、キトサンゲル、ポリＮイソプロピルアクリルアミドゲル、アクリル酸ゲル、ポリスチレンスルホン酸ゲル、ＰＰＥＧＤＡ、ＰＰＥＧＤＭ、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ＤＮハイドロゲル及びそれらの２つ以上の複合ゲルからなる群から選択される１つ以上の多孔質体である、請求項１又は２に記載の生体固定用複合材料。
　前記複合材料が複合電極体である、請求項１～３のいずれか一項に記載の生体固定用複合材料。
　前記多孔質体が基材から多孔質体に伸びるポリマーによって結合している、請求項１～４のいずれか一項に記載の生体固定用複合材料。
　前記ポリマーが、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリビチオフェン、ポリイソチオフェン、ポリドデシルチオフェン、ポリイソナイトチオフェン、ポリ－３－ヘキシルチオフェン、ポリアニリン、ポリイソチアナフテン、ポリチアジル、ポリフェニレン、ポリフルオレン、ポリジアセチレン、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリチエニレンビニレン、及びポリフェニレスルフィドからなる群から選択される１つ以上の導電性高分子、又はポリ（メタ）アクリル酸若しくはこれらの塩（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、又はアクリル酸・メタクリル酸アルキルコポリマー等のポリ（メタ）アクリル酸類若しくはこれらの塩）、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートの重合体（例えば、ＰＰＥＧＤＡ又はＰＰＥＧＤＭ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、無水マレイン酸コポリマー、ポリアルキレンオキサイド系樹脂、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸無水物）とポリエチレングリコールとの架橋体、ポリエチレングリコール架橋体、Ｎ－ビニルアセトアミド架橋体、アクリルアミド架橋体、デンプン・アクリル酸塩グラフトコポリマー架橋物、及びシリコーンからなる群から選択される絶縁性ポリマーである、請求項５に記載の生体固定用複合材料。