(57)【要約】      （修正有）【課題】形状の制御が容易となる新規な構造体を提供する。また、このような構造体を容易に製造する製造方法を提供する。また、このような構造体を含み、形状を容易に制御可能な形状制御デバイスを提供する。【解決手段】基材１０と、ハイドロゲルを形成材料とし基材１０の一面に設けられたハイドロゲル層２０と、を有し、基材１０とハイドロゲル層２０との界面には、基材１０とハイドロゲル層２０とが接着する接着領域１ａと、基材１０とハイドロゲル層２０とが接着しない非接着領域１ｂと、が形成されている積層体１Ａ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
ハイドロゲルを形成材料とし前記基材の一面に設けられたハイドロゲル層と、を有し、
前記基材と前記ハイドロゲル層との界面には、前記基材と前記ハイドロゲル層とが接着する接着領域と、前記基材と前記ハイドロゲル層とが接着しない非接着領域と、が形成されている積層体。
【請求項２】
前記非接着領域は、前記一面において帯状に設けられ、
前記接着領域は、前記非接着領域の延在方向の両側に設けられている請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記ハイドロゲル層の形成材料は、刺激応答性ハイドロゲルである請求項１または２に記載の積層体。
【請求項４】
基材の一面に接着性官能基のパターンを形成する工程と、
前記接着性官能基のパターンを覆って、ハイドロゲルの前駆体を含む前駆体溶液を塗布する工程と、
前記前駆体を重合させる工程と、を含み、
前記前駆体は、前記接着性官能基と重合可能な官能基を有する積層体の製造方法。
【請求項５】
基材の一面に重合開始剤の層を形成する工程と、
前記層を覆ってハイドロゲルの前駆体を含む前駆体溶液を塗布する工程と、
所定のパターン形状に前記重合開始剤を反応させて前記前駆体を重合させる工程と、を含む積層体の製造方法。
【請求項６】
基材の一面にゲル陥入性高分子のパターンを形成する工程と、
前記パターンを覆って、ハイドロゲルを形成材料とするシート材を配置し、前記シート材と前記ゲル陥入性高分子とを接触させる工程と、を含む積層体の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の積層体と、
刺激応答性ハイドロゲルが反応する刺激を前記ハイドロゲル層に入力する入力部と、を有する形状制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体、積層体の製造方法および形状制御デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロゲルは、三次元網目構造を有する高分子材料を含み、体積の大部分に溶媒を含んで膨潤した物質である。ハイドロゲルが含む溶媒の代表は、水である。ハイドロゲルは、摩擦係数が低い、柔軟性が高い、内部に含む溶媒を介して物質を透過させることができる、といった性質を示すことが知られている。
【０００３】
ハイドロゲルが有する上述の性質は、生体組織の性質と類似している。そのため、ハイドロゲルは、生体に対する親和性が高い材料として注目されている。生体組織に近い立体形状や、外部刺激に応じて動的に形状が変化する構造体にハイドロゲルを加工できれば、医療、細胞培養、ロボット工学など幅広い分野での用途展開が期待できる。
【０００４】
なお、「生体組織に近い立体形状」としては、例えば、血管のような中空・流路状の形状や曲面形状を挙げることができる。また、「外部刺激に応じて動的に形状が変化する構造体」としては、例えば、含水量や浸透圧の変化に応じて形状が変化する構造体を挙げることができる。
【０００５】
近年では、３Ｄプリンティング技術をハイドロゲルに応用した成型技術が提案されている（例えば、非特許文献１、２参照）。非特許文献１，２に記載の方法では、中空形状や流路構造など、ハイドロゲルを形成材料とし複雑な立体形状を有する構造体を作製できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本機械学会誌，Ｖｏｌ．１１６，２０１３，Ｎｏ．１１３８
【非特許文献２】Ｓ．Ｈｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２７，４０３５−４０４０，２０１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、ハイドロゲルを形成材料とする構造体については、幅広い分野での用途展開が期待されている。そのため、上述した非特許文献１，２に記載の方法の他に、ハイドロゲルを形成材料とし、形状の制御が容易となる新規な構造体や、このような構造体の製造方法が求められていた。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、形状の制御が容易となる新規な構造体を提供することを目的とする。また、このような構造体を容易に製造する製造方法を提供することを併せて目的とする。また、このような構造体を含み、形状を容易に制御可能な形状制御デバイスを提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、基材と、ハイドロゲルを形成材料とし前記基材の一面に設けられたハイドロゲル層と、を有し、前記基材と前記ハイドロゲル層との界面には、前記基材と前記ハイドロゲル層とが接着する接着領域と、前記基材と前記ハイドロゲル層とが接着しない非接着領域と、が形成されている積層体を提供する。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記非接着領域は、前記一面において帯状に設けられ、前記接着領域は、前記非接着領域の延在方向の両側に設けられている構成としてもよい。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記ハイドロゲル層の形成材料は、刺激応答性ハイドロゲルである構成としてもよい。
【００１２】
本発明の一態様は、基材の一面に接着性官能基のパターンを形成する工程と、前記接着性官能基のパターンを覆って、ハイドロゲルの前駆体を含む前駆体溶液を塗布する工程と、前記前駆体を重合させる工程と、を含み、前記前駆体は、前記接着性官能基と重合可能な官能基を有する積層体の製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の一態様は、基材の一面に重合開始剤の層を形成する工程と、前記層を覆ってハイドロゲルの前駆体を含む前駆体溶液を塗布する工程と、所定のパターン形状に前記重合開始剤を反応させて前記前駆体を重合させる工程と、を含む積層体の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の一態様は、基材の一面にゲル陥入性高分子のパターンを形成する工程と、前記パターンを覆って、ハイドロゲルを形成材料とするシート材を配置し、前記シート材と前記ゲル陥入性高分子とを接触させる工程と、を含む積層体の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の一態様は、上記の積層体と、刺激応答性ハイドロゲルが反応する刺激を前記ハイドロゲル層に入力する入力部と、を有する形状制御デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、形状の制御が容易となる新規な構造体を提供することができる。また、このような構造体を容易に製造する製造方法を提供することができる。また、このような構造体を含み、形状を容易に制御可能な形状制御デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】積層体１及び形状制御デバイス１００の概略斜視図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける矢視断面図である。
【図３】積層体１及び形状制御デバイス１００の概略斜視図である。
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける矢視断面図である。
【図５】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図６】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図７】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図８】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図９】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図１０】積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
【図１１】積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
【図１２】積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
【図１３】積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
【図１４】積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
【図１５】積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
【図１６】積層体の製造方法（第３の製造方法）を説明する工程図である。
【図１７】積層体の製造方法（第３の製造方法）を説明する工程図である。
【図１８】積層体の製造方法（第３の製造方法）を説明する工程図である。
【図１９】実施例１で得られた積層体のハイドロゲル層の写真である。
【図２０】実施例１の各積層体の写真である。
【図２１】実施例２の各積層体の写真である。
【図２２】実施例３の積層体の写真である。
【図２３】実施例４の積層体を加熱した時の変化を示す写真である。
【図２４】図２３において示した３３０秒加熱後の積層体を冷却した時の変化を示す写真である。
【図２５】実施例５の形状制御デバイスの電極に通電し加熱したときの変化を示す写真、および一部拡大写真である。
【図２６】実施例６の積層体の写真および積層体の様子を示す模式図である。
【図２７】実施例６の積層体の写真および積層体の様子を示す模式図である。
【図２８】実施例６の積層体の写真および積層体の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜図１８を参照しながら、本実施形態に係る積層体、積層体の製造方法、形状制御デバイスについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００１９】
図１〜４は、本実施形態の積層体１および形状制御デバイス１００を示す説明図である。
図１は、本実施形態の積層体１および形状制御デバイス１００の概略斜視図、図２は図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける矢視断面図である。
【００２０】
図１，２に示すように、積層体１は、基材１０と、ハイドロゲル層２０とを有している。また、形状制御デバイス１００は、積層体１と、積層体１のハイドロゲル層２０に刺激を入力する入力部４０とを有している。
以下、順に説明する。
【００２１】
＜積層体、形状制御デバイス＞
（基材）
基材１０は、ハイドロゲル層２０を支持する。基材１０の剛性率は、ハイドロゲル層２０の剛性率とは異なる。例えば、基材１０の剛性率は、ハイドロゲル層２０の剛性率よりも高い。
【００２２】
基材１０の形成材料としては、発明の効果を損なわない範囲において、有機材料、無機材料を問わず種々の材料を選択することができる。基材１０は、光透過性を有していてもよく、光透過性を有していなくてもよい。
【００２３】
基材１０の形成材料である有機材料としては、高分子材料や、エラストマーを挙げることができる。高分子材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ乳酸のような熱可塑性樹脂、ポリイミドやフェノール樹脂のような熱硬化性樹脂を挙げることができる。
【００２４】
エラストマーとしては、ポリシリコーンや合成ゴムなどを挙げることができる。エラストマーを形成材料とする基材１０は、応力に応じて変形しやすい。このような基材１０を有する積層体１においては、基材１０の変形に伴って、ハイドロゲル層２０を変形させることができる。
【００２５】
基材１０の形成材料として、後述するハイドロゲル層２０の形成材料であるハイドロゲルとは膨潤度が異なるハイドロゲルを用いることもできる。
【００２６】
上述の有機材料には、種々の添加材を含有させ、基材１０に添加材の物性に基づいた種々の機能を追加してもよい。例えば、有機材料にカーボンナノチューブ、金ナノ構造体、ポルフィリン誘導体、ポリドーパミン、インドシアニングリーンなどを含有させ、受光することで発熱する基材１０としてもよい。
【００２７】
基材１０の形成材料である無機材料としては、透明性や化学的安定性に優れるガラス、通電することで発熱する導電体、磁場からの刺激により発熱する磁性金属体、応力によって発電する圧電素子、通電によって発光する発光素子を挙げることができる。発光素子としては、発光ダイオードを挙げることができる。
【００２８】
基材１０は、公知の微細加工技術によって、表面および内部の少なくとも一方に種々の加工を施してもよい。例えば、基材１０は、表面に凹凸や溝を有していてもよい。
【００２９】
（ハイドロゲル層）
ハイドロゲル層２０は、ハイドロゲルを形成材料とし、基材１０の一面に設けられている。
【００３０】
ハイドロゲルを構成する高分子材料としては、ポリアクリルアミドやポリビニルアルコールなどの水溶性高分子、キトサンやアルギン酸などの多糖類、コラーゲンやアルブミンなどのタンパク質を挙げることができる。これらの材料は、三次元網目構造を有し、体積の大部分に溶媒を含んで膨潤する。ハイドロゲルを構成する高分子材料が膨潤する溶媒の代表は、水である。
【００３１】
また、ハイドロゲルを構成する高分子材料として、刺激応答性の高分子材料を用いることができる。ここで、「刺激応答性」とは、ハイドロゲルを構成する高分子材料が、熱、光、電気、ｐＨなどの刺激に応じて分子構造を変化させる性質のことを指す。刺激応答性のハイドロゲルは、分子構造を変化させる刺激によって、ハイドロゲルを構成する高分子材料の三次元網目構造が変化し、膨潤度が変化する。以下の説明では。刺激応答性の高分子材料を含むハイドロゲルのことを、「刺激応答性ハイドロゲル」と称することがある。
【００３２】
このような刺激応答性の高分子材料としては、以下のような材料を例示することができる。
熱刺激に応答する高分子材料としては、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）やポリ（メチルビニルエーテル）を挙げることができる。
【００３３】
ｐＨに応答する高分子材料としては、アニオンモノマーまたはカチオンモノマーを重合させて得られる高分子電解質を挙げることができる。アニオンモノマーおよびカチオンモノマーは、本発明における前駆体に該当する。
【００３４】
光に応答する高分子材料としては、スピロピランまたはアゾベンゼンを分子骨格に有する高分子材料を挙げることができる。
【００３５】
電気刺激に応答する高分子材料としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンを挙げることができる。
【００３６】
また、ハイドロゲル層２０の形成材料は、これらの高分子材料を複数混合して、多刺激に応答するハイドロゲルとしてもよい。さらに、ハイドロゲル層２０の形成材料として、ダブルネットワークゲル、スライドリングゲル、Ｔｅｔｒａ−ＰＥＧゲル、ナノクレイゲルなどの強靭性ハイドロゲルを用いることもできる。
【００３７】
ハイドロゲルを構成する高分子材料の合成方法については、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ハイドロゲルを構成する高分子材料がアクリル系高分子材料である場合、アクリルモノマーを重合させる際にアクリル基を架橋させ、三次元網目構造を形成してもよい。アクリルモノマーは、本発明における前駆体に該当する。
【００３８】
アクリルモノマーを重合させる際の重合反応の種類は特に限定されないが、例として、水溶性光重合開始剤を用いたラジカル重合が挙げられる。水溶性光開始剤としては、２−オキソグルタル酸、４’−（２−ヒドロキシエトキシ）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン（商品名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ２９５９）、フェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィン酸リチウム（略称：ＬＡＰ）、２，２’−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］（商品名：ＶＡ−０８６）などが挙げられる。
【００３９】
ラジカル重合時には、酸素による重合阻害を防ぐため、反応系中に脱酸素剤を添加してもよい。脱酸素剤としては、グルコースおよびグルコースオキシダーゼの組み合わせを挙げることができる。また、ラジカル重合を、窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うこととしてもよい。
【００４０】
ハイドロゲルを構成する高分子材料が多糖類またはタンパク質の場合、多糖類またはタンパク質の物理結合により三次元網目構造を形成してもよく、架橋剤を用いて多糖類またはタンパク質を架橋し、三次元網目構造を形成してもよい。架橋剤としては、グルタルアルデヒドを挙げることができる。
【００４１】
ハイドロゲル層２０の形状は特に限定されず、使用形態に応じた様々な形状を選択可能である。例えば、ハイドロゲル層２０は、フィルム状、板状、ブロック状などであってもよい。中でも、ハイドロゲル層２０の形状は、フィルム状が好ましい。
【００４２】
ハイドロゲル層２０の厚みは特に限定されないが、自重でつぶれない程度の構造強度を示す厚みであることが好ましい。例えば、ハイドロゲル層２０の形成材料として、ポリアクリルアミドを含むハイドロゲルを用いた場合、ハイドロゲル層２０の厚みは５０μｍ〜１０００μｍが好ましく、１２０μｍ〜２００μｍがより好ましい。
【００４３】
ハイドロゲル層２０の強度は、化学架橋、物理架橋によりハイドロゲルを構成する高分子材料の架橋を増やす、またはハイドロゲルを構成する高分子材料の濃度を挙げることにより向上させることができる。
【００４４】
例えば、アクリルアミドのモノマー（前駆体）を重合させポリアクリルアミドを含むハイドロゲルを調整する場合、モノマー濃度としては０．８ｍｏｌ／Ｌ〜８ｍｏｌ／Ｌが好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ〜４ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。
【００４５】
また、アクリルアミドのモノマーを重合させる場合の化学架橋剤として、メチレンビスアクリルアミドを用いた場合、架橋剤濃度は、モノマーに対して０．０１ｍｏｌ％〜２．０ｍｏｌ％が好ましく、０．０３ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％がより好ましい。
【００４６】
ハイドロゲルは、種々の添加剤を含むことができる。添加剤の種類は、ハイドロゲル形成を阻害しなければ特に限定されない。添加材としては、例えば、生体親和性を向上させる生体分子、抗菌性を発現させるための銀ナノ粒子や界面活性剤、導電性を増加させるためのイオン液体や導電性高分子、磁場に反応させるための磁性ナノ粒子などを挙げることができる。ハイドロゲルにこれらの添加剤を添加することで、ハイドロゲルに任意の機能を付与することができる。
【００４７】
（積層体）
積層体１は、基材１０とハイドロゲル層２０との界面に、基材１０とハイドロゲル層２０とが接着する接着領域１ａと、基材１０とハイドロゲル層２０とが接着しない非接着領域１ｂと、が形成されている。
【００４８】
図１，２に示す積層体１では、非接着領域１ｂは、基材１０の一面において帯状に設けられている。積層体１の接着領域は、非接着領域１ｂの延在方向の両側に設けられている。なお、図に示す接着領域１ａ、非接着領域１ｂのパターンは一例であり、設計に応じた種々のパターン形状を採用することができる。
【００４９】
図３，４は、積層体１のハイドロゲル層２０を膨潤させた様子を示す説明図である。図３は、積層体１及び形状制御デバイス１００の概略斜視図であり、図１に対応する図である。図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける矢視断面図であり、図２に対応する図である。
【００５０】
図３，４では、膨潤後のハイドロゲル層を符号２１で示している。以下の説明では、ハイドロゲル層の膨潤前後の区別のため、膨潤前のハイドロゲル層２０を有する積層体１を「積層体１Ａ」、膨潤後のハイドロゲル層２１を有する積層体１を「積層体１Ｂ」と称することがある。
【００５１】
積層体１Ｂのハイドロゲル層２１は、非接着領域１ｂにおいて基材１０に固定されていない。また、積層体１Ｂのハイドロゲル層２１は、接着領域１ａにおいて基材１０に固定されている。
【００５２】
そのため、ハイドロゲル層２１のうち、非接着領域１ｂと平面的に重なる部分は、膨潤による体積増加の際に、非接着領域１ｂの延在方向や基材１０から離れる方向へ自由に体積増加可能である。一方、非接着領域１ｂと平面的に重なる部分は、非接着領域１ｂの延在方向と交差する方向への体積増加が規制される。
【００５３】
その結果、積層体１Ｂにおいて非接着領域１ｂと平面的に重なる部分は、体積増加による内部圧力の上昇を緩和するために、基材１０から離れる方向に大きく膨らみ変形する。これにより、積層体１Ｂには、ハイドロゲル層２１と基材１０とで囲まれた管路１ｘが形成される。図３，４では、帯状に形成した非接着領域１ｂに沿って、管路１ｘが形成される様子を示している。
【００５４】
管路１ｘの形状は、接着領域１ａ、非接着領域１ｂのパターン形状を制御することにより制御可能である。
【００５５】
また、管路１ｘの形状は、ハイドロゲル層２１の種類、基材１０の剛性率とハイドロゲル層２１の剛性率との比、ハイドロゲル層２１の厚みなどを調整することで制御することができる。ハイドロゲル層２１の剛性率およびハイドロゲル層２１の膨潤率は、ハイドロゲル層２１を構成する高分子材料のモノマーの種類、用いる架橋剤の種類、量などを変更することで制御することができる。
【００５６】
上述のような形状の変化は、積層体１Ａのハイドロゲル層２０の膨潤率と、積層体１Ｂのハイドロゲル層２１の膨潤率の違いによって生じる。ハイドロゲル層２０とハイドロゲル層２１との間の変化は可逆である。そのため、積層体１においては、ハイドロゲル層の膨潤率を制御することで、管路１ｘの形状を制御することができる。ハイドロゲル層の膨潤率は、ハイドロゲル層に水を接触させて膨潤させる、またはハイドロゲル層を乾燥させる、などの方法により制御することができる。
【００５７】
さらに、ハイドロゲル層２１の形成材料として刺激応答性のハイドロゲルを用いると、ハイドロゲル層２１に入力する刺激に応じて、ハイドロゲル層２１の膨潤率を変化させることができる。これにより、管路１ｘの形状を制御することができる。
【００５８】
（入力部）
形状制御デバイス１００が有する入力部４０は、ハイドロゲル層２０に、刺激応答性ハイドロゲルが反応する刺激を入力する。入力部４０は、電極４１と電源４２とを有している。電極４１は、基材１０の法線方向から見た視野において基材１０と同形状である矩形を呈している。
【００５９】
電極４１は基材１０においてハイドロゲル層２０が形成されている面とは反対の面に形成されている。電源４２は、電極４１に電気的に接続されている。基材１０において、ハイドロゲル層２０が形成されている面は「おもて面」であり、おもて面の反対の面は「裏面」である。
【００６０】
例えば、ハイドロゲル層２０の形成材料として熱刺激への応答性を有するハイドロゲルを用いる場合、電源４２から電極４１に電力を供給し、電極４１が発熱する構成であると、電極４１の発熱に応じてハイドロゲルの膨潤度が変化する。これにより、形状制御デバイス１００の管路１ｘの形状を制御することができる。
【００６１】
図では、電極４１の形状を、基材１０と同形状である矩形とし、基材１０の裏面全面を覆うこととしているが、これに限らない。電極４１は、基材１０の裏面の一部に選択的に設けられていてもよい。
【００６２】
また、基材１０の形成材料として、受光することで発熱する材料、通電することで発熱する材料である導電体、磁場からの刺激により発熱する材料である磁性金属体、応力によって発電する材料である圧電素子、通電によって発光する材料である発光素子などを用いる場合、基材１０を入力部４０の一部として用いることができる。
【００６３】
さらに、入力部は、刺激応答性ハイドロゲルの種類に応じて、適切な刺激をハイドロゲル層に入力可能な構成とするとよい。例えば、ハイドロゲル層の形成材料として光刺激への応答性を有するハイドロゲルを用いる場合、入力部として光源装置を備える形状制御デバイスとしてもよい。
【００６４】
＜積層体の製造方法＞
次いで、積層体の製造方法について説明する。
【００６５】
（第１の製造方法）
図５〜１０は、積層体の製造方法（第１の製造方法）を説明する工程図である。
図５〜７は、本発明における「パターンを形成する工程」を説明する図である。図８は、本発明における「前駆体溶液を塗布する工程」を説明する図である。図９、１０は、本発明における「前駆体を重合させる工程」を説明する図である。
【００６６】
まず、図５に示すように、基材１０の一面１０ａにシランカップリング剤の層１１Ａと、レジスト層５０Ａとを積層する。基材１０として、例えばガラス基板を用いる。
【００６７】
層１１Ａの形成材料であるシランカップリング剤としては、接着性官能基を有するシランカップリング剤を用いる。本明細書において「接着性官能基」とは、上述したハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマー（前駆体）と重合可能な官能基を指す。
【００６８】
例えば、モノマーとしてアクリルモノマーを用いる場合、接着性官能基としては、（メタ）アクリル基を例示することができる。この場合、シランカップリング剤としては、例えば３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシランを用いることができる。
【００６９】
基材１０の一面１０ａを、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄し、酸素プラズマまたはピラニア溶液によって処理した後、一面１０ａにシランカップリング剤を塗布することで、層１１Ａを形成することができる。ピラニア溶液とは、濃硫酸と過酸化水素水溶液との混合液を指す通称である。層１１Ａは、シランカップリング剤の単分子層である。層１１Ａにより、基材１０の一面１０ａに接着性官能基が導入される。
【００７０】
レジスト層５０Ａは、例えばポジ型フォトレジストを形成材料とする層である。レジスト層５０Ａは、層１１Ａの表面にポジ型フォトレジストを塗布することで形成することができる。塗布方法は、例えばスピンコート法を用いることができる。
【００７１】
次いで、レジスト層５０Ａに対し、遮光部Ｍ１と透光部Ｍ２とを有するマスクＭを介して紫外線ＵＶ１を照射する。紫外線ＵＶ１のピーク波長は、ポジ型フォトレジストの吸収波長帯に含まれる。紫外線ＵＶ１の照射後、現像することにより、レジスト層５０Ａにおける紫外線ＵＶ１の照射部分が除去される。
【００７２】
次いで、図６に示すように、開口部５０ｘが形成されたレジスト層５０を介して、開口部５０ｘに露出した層１１Ａに酸素プラズマＯを用いた酸素プラズマ処理を施す。これにより、開口部５０ｘに露出した層１１Ａのシランカップリング剤が除去される。
【００７３】
次いで、図７に示すように、レジスト層５０を除去することで、パターン形状を有するシランカップリング剤の層１１が得られる。層１１の形状は、マスクＭにおける透光部Ｍ２の形状を変更することで適宜調整することができる。
【００７４】
次いで、図８に示すように、層１１が形成された一面１０ａにスペーサ６０を配置し、スペーサ６０で囲まれた領域にハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマー溶液２０Ａを滴下する。モノマー溶液は、本発明における前駆体溶液に該当する。
【００７５】
モノマー溶液２０Ａは、上述したハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマーと、光重合開始剤と、必要に応じて有機溶媒と、を含む。モノマーは、層１１に含まれる接着性官能基と重合可能な官能基を有するものを用いる。例えば、モノマー溶液２０Ａに含まれるモノマーとして、アクリル基を有するアクリルモノマーを用いることができる。
【００７６】
モノマー溶液に含んでもよい有機溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）を挙げることができる。
【００７７】
その後、モノマー溶液２０Ａを覆って紫外線透過性を有するシール基板７０を被せ、スペーサ６０で囲まれた領域にモノマー溶液２０Ａを行き渡らせる。シール基板７０としては、例えばガラス基板を用いることができる。シール基板７０においてモノマー溶液２０Ａと接触する面は、酸素プラズマ処理を施して洗浄しておくとよい。
【００７８】
次いで、図９に示すように、シール基板７０を介して紫外線ＵＶ２を照射する。紫外線ＵＶ２のピーク波長は、モノマー溶液２０Ａに含まれる光重合開始剤の吸収波長帯に含まれる。紫外線ＵＶ２のピーク波長は、例えば３６５ｎｍである。
【００７９】
紫外線ＵＶ２の照射により、モノマー溶液２０Ａに含まれるモノマーが重合し、高分子材料が得られる。その際、モノマーが有する官能基と、層１１のシランカップリング剤が有する接着性官能基とが重合することにより、層１１と重なるモノマー溶液２０Ａは基材１０の一面１０ａに接着する。対して、基材１０において層１１が形成されていない領域では、基材１０に結合することなくモノマー溶液２０Ａに含まれるモノマー間で重合する。
【００８０】
次いで、図１０に示すように、シール基板７０を取り除き、モノマー溶液２０Ａの重合体を大過剰量の純水に浸漬することで、未反応のモノマーを除去し、重合で生じる高分子材料に水を膨潤させる。これにより、高分子材料が水で膨潤したハイドロゲル層２０が得られる。
【００８１】
また、ハイドロゲル層２０において層１１と重なる部分では接着領域１ａとなり、ハイドロゲル層２０において層１１と重ならない部分では非接着領域１ｂとなる。上述したように、ハイドロゲル層２０は、膨潤度に応じてハイドロゲル層の非接着領域１ｂと重なる部分が変形し、管路が形成される。
【００８２】
なお、ハイドロゲル層２０の形状は、スペーサ６０の大きさ、スペーサ６０の形状などによって制御することができる。また、得られるハイドロゲル層２０には、シール基板７０の基材１０と対向する面７０ａ（図９参照）の形状が転写されるため、面７０ａの形状を制御することでハイドロゲル層２０の形状を制御することができる。
以上のようにして、積層体１が得られる。
【００８３】
（第２の製造方法）
図１１〜１５は、積層体の製造方法（第２の製造方法）を説明する工程図である。
図１１、１２は、本発明における「重合開始剤の層を形成する工程」を説明する図である。図１３は、本発明における「前駆体溶液を塗布する工程」を説明する図である。図１４、１５は、本発明における「前駆体を重合させる工程」を説明する図である。
【００８４】
まず、図１１に示すように、基材１０の一面１１ａに光重合開始剤溶液の塗膜３０Ａを形成する。基材１０として、例えば、有機溶媒が浸潤可能なエラストマーや高分子フィルムなどの樹脂基板を用いることが好ましい。
【００８５】
樹脂基板に浸潤可能な有機溶媒としては、メタノール、エタノール、アセトンなどの極性溶媒を挙げることができる。
【００８６】
また、光重合開始剤として、水素引き抜き型の光重合開始剤を用いる。水素引き抜き型の光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、ミヒラーズエチルケトンなどを挙げることができる。光重合開始剤溶液の溶媒として、エタノール、アセトンなどの極性溶媒を挙げることができる。
【００８７】
次いで、図１２に示すように、塗膜３０Ａから溶媒を除去して、光重合開始剤の層３０を形成する。また、光重合開始剤溶液に用いられる極性溶媒は、樹脂基板に浸潤可能であることから、樹脂基板への溶媒の浸潤に伴って、光重合開始剤の一部は、樹脂基板の内部に含侵する。
【００８８】
次いで、図１３に示すように、層３０が形成された一面１０ａにおいて、非接着領域を形成したい部分に、マスク材８０を配置する。マスク材８０としては、ハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマーと反応しない材料を形成材料とする部材を用いる。例えば、マスク材８０としてパラフィンフィルムを用いることができる。
【００８９】
また、層３０が形成された一面１０ａにおいて、スペーサ６０を配置し、スペーサ６０で囲まれた領域にハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマー溶液２０Ｂを滴下する。モノマー溶液２０Ｂは、上述したハイドロゲルを構成する高分子材料のモノマーと、水素引き抜き型の光重合開始剤と、必要に応じて有機溶媒と、を含む。ただし、層３０に含まれる水素引き抜き型の光重合開始剤の濃度が十分に高い場合、モノマー溶液２０Ｂは、水素引き抜き型の光重合開始剤を含まないこととしてもよい。「濃度が十分に高い」とは、塗膜３０Ａの形成に用いる光重合開始剤溶液において、例えば、光重合開始剤の濃度が１０質量％以上であるような場合を指す。
【００９０】
その後、モノマー溶液２０Ｂを覆って紫外線透過性を有するシール基板７０を被せ、スペーサ６０で囲まれた領域にモノマー溶液２０Ｂを行き渡らせる。
【００９１】
次いで、図１４に示すように、シール基板７０を介して紫外線ＵＶ３を照射する。紫外線ＵＶ３のピーク波長は、層３０に含まれる光重合開始剤の吸収波長帯に含まれる。紫外線ＵＶ３のピーク波長は、例えば３６５ｎｍである。
【００９２】
紫外線ＵＶ３の照射により、所定のパターン状に重合開始剤を反応させる。すなわち、紫外線ＵＶ３の照射により、層３０のマスク材８０が重なっていない部分では、マスク材８０のパターン状に層３０の光重合開始剤が基材１０から水素原子を引き抜く。これにより、基材１０には、反応開始点であるラジカルが生じる。モノマー溶液２０Ｂに含まれるモノマーは、基材１０に生じたラジカルを起点に重合し、高分子材料が得られる。そのため、得られる高分子材料、すなわちハイドロゲル層は、基材１０と接着する。
【００９３】
対して、層３０のマスク材８０が重なっている部分では、紫外線ＵＶ３が遮光され、光重合開始剤による基材１０からの水素原子引き抜きが生じない。または、基材１０から水素原子が引き抜かれラジカルが生じたとしても、モノマー溶液２０Ｂが接していないため、生じたラジカルがモノマー溶液２０Ｂに含まれるモノマーと反応しない。そのため、層３０のマスク材８０が重なっている部分では、基材１０に結合することなくモノマー溶液２０Ｂに含まれるモノマー間で重合する。
【００９４】
次いで、図１５に示すように、シール基板７０を取り除き、モノマー溶液２０Ｂの重合体を大過剰量の純水に浸漬することで、未反応のモノマーを除去し、重合で生じる高分子材料に水を膨潤させる。これにより、高分子材料が水で膨潤したハイドロゲル層２０が得られる。
【００９５】
また、ハイドロゲル層２０において層３０と重なる部分では接着領域２ａとなり、ハイドロゲル層２０において層３０と重ならない部分では非接着領域２ｂとなる。上述したように、ハイドロゲル層２０は、膨潤度に応じてハイドロゲル層の非接着領域２ｂと重なる部分が変形し、管路が形成される。
【００９６】
なお、上記説明では、マスク材８０を用いることで、パターン状に重合開始剤を反応させてモノマーを重合させることとしたが、これに限らない。
【００９７】
例えば、図１２に示す層３０に対し、非接着領域を形成したい部分にのみ選択的に紫外線を照射すると、紫外線が照射された部分の光重合開始剤が励起し、基板表面の水素を引き抜いて基板表面に結合する。このようにして、紫外線を照射した部分の光重合開始剤を予め基板に固定させておいてもよい。この紫外線照射を「１回目」とする。
【００９８】
１回目の紫外線照射の後に、光重合開始剤溶液に含まれる極性溶媒を用いて、基板の表面を洗浄する。これにより、基板表面から、基板に固定された光重合開始剤以外の光重合開始剤を除去することができる。
【００９９】
次いで、１回目の紫外線照射を行った基材１０に、さらに２回目となる紫外線を照射すると、１回目の紫外線照射で基板表面に固定され所定のパターン状に残った光重合開始剤が反応する。そのため、１回目の紫外線照射により光重合開始剤のパターンを形成した後、基材１０の一面にモノマー溶液２０Ｂを配置し、２回目の紫外線照射を行ってモノマーを重合させることにより、基板表面に固定された光重合開始剤とモノマーとが反応して接着領域２ａを形成する。これにより、接着領域２ａと非接着領域２ｂとを有する積層体２が得られる。
【０１００】
また、図１１に示す塗膜３０Ａを形成する前に、予め基材１０の一面１０ａに選択的に撥水撥油性官能基を有するシランカップリング剤の膜を成膜しておいてもよい。
【０１０１】
このような処理を行った基材１０に塗膜３０Ａを成膜すると、シランカップリング剤の膜が光重合開始剤溶液をはじき、シランカップリング剤の膜と相補的なパターン形状に、光重合開始剤溶液の塗膜３０Ａが形成される。このようなシランカップリング剤としては、（トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシル）シランを挙げることができる。
【０１０２】
所定のパターン状に形成した塗膜３０Ａから層３０を形成し、基材１０の一面にモノマー溶液２０Ｂを配置して紫外線を照射し、モノマーを重合させる。シール基板７０を取り除き、モノマー溶液２０Ａの重合体を大過剰量の純水に浸漬することで、未反応のモノマーを除去し、重合で生じる高分子材料に水を膨潤させる。これにより、接着領域２ａと非接着領域２ｂとが形成される。
【０１０３】
以上のようにして、積層体２が得られる。
【０１０４】
（第３の製造方法）
図１６〜１８は、積層体の製造方法（第３の製造方法）を説明する工程図である。
図１６は、本発明における「ゲル陥入性高分子のパターンを形成する工程」を説明する図である。図１７、１８は、本発明における「接触させる工程」を説明する図である。
【０１０５】
まず、図１６に示すように、基材１０の一面１０ａにパターン形状を有するシランカップリング剤の層１１を形成する。用いるシランカップリング剤、およびパターン形状を形成する方法としては、第１の製造方法と同様の材料、方法を採用することができる。
【０１０６】
その後、層１１の表面に、ゲル陥入性高分子の層９０を形成し、ゲル陥入性高分子のパターンを形成する。層９０の形成においては、公知のｇｒａｆｔｉｎｇ  ｔｏ法またはｇｒａｆｔｉｎｇ  ｆｒｏｍ法を用い、シランカップリング剤が有する接着性官能基とゲル陥入性高分子とを反応させる。
【０１０７】
ゲル陥入性高分子としては、キトサン、アルギン酸、ポリビニルアルコールなどを挙げることができる。
【０１０８】
次いで、図１７に示すように、パターン状に形成された層９０を覆って、ハイドロゲルを形成材料とするシート材２５を配置し、シート材２５と層９０を構成するゲル陥入性高分子とを接触させる。層９０とシート材２５とが接触することで、層９０に含まれるゲル陥入性高分子がシート材２５の内部に浸透し、ハイドロゲルの網目と絡み合う。これにより、ゲル陥入性高分子とハイドロゲルとが物理的または化学的に結合し、シート材２５と基材１０とを接着させることができる。
【０１０９】
シート材２５を層９０に接触させる際、シート材２５を構成するハイドロゲルのｐＨを変化させてもよい。または、グルタルアルデヒドに代表される低分子架橋剤をシート材２５に同時に拡散させてもよい。これにより、ゲル陥入性高分子同士の物理結合または化学結合が形成され、より強固にゲル陥入性高分子とハイドロゲルとを接着させることができる。
【０１１０】
これにより、図１８に示すように、シート材２５において層９０と重なる部分では接着領域３ａとなり、シート材２５において層９０と重ならない部分では非接着領域３ｂとなる。
【０１１１】
以上のようにして、積層体３が得られる。
【０１１２】
（第４の製造方法）
基材１０上にシアノアクリレート系の接着剤のパターンを形成し、シート材２５を接触させることによって、シート材２５内の水分を開始剤としたシアノアクレレートモノマーのアニオン重合が開始され、両者を強固に接着することができる。この場合、シート材２５と接着剤とが重なる部分では接着領域となり、シート材２５と接着剤とが重ならない部分では非接着領域となる。
【０１１３】
接着剤のパターンは、公知のリソグラフィー技術により形成することができる。接着剤のパターンの大きさは、用いるリソグラフィー技術の解像度に依存する。
【０１１４】
用いるリソグラフィー技術は特に限定されないが、フォトマスクを用いる方法、パターン状のＵＶ光源を用いる方法、あらかじめパ形成したパターンを基材１０の一面に転写するマイクロコンタクトパターニングなどが挙げられる。
【０１１５】
以上のようにして、本実施形態の積層体が得られる。
【０１１６】
以上のような構成の積層体によれば、形状の制御が容易となる新規な構造体となる。
【０１１７】
また、以上のような積層体の製造方法によれば、上述の積層体を容易に製造することができる。
【０１１８】
また、以上のような形状制御デバイスによれば、形状を容易に制御可能な形状制御デバイスを提供することができる。
【０１１９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【０１２０】
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１２１】
（実施例１）
上述の第１の製造方法を用いて、積層体を作製した。
まず、基材であるガラス基板を、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに酸素プラズマで処理した。その後、ガラス基板のプラズマ処理面に、シランカップリング剤を塗布した。シランカップリング剤として、メタクリル基を有するシランカップリング剤を用いた。
【０１２２】
次いで、シランカップリング剤を塗布した面に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、レジスト層を形成した。マスクを介して、線幅１ｍｍの短冊状に、用いたポジ型フォトレジストの吸収波長帯にピーク波長を有する紫外線を照射し現像することで、幅１ｍｍの開口部を有するレジスト層を形成した。
【０１２３】
次いで、酸素プラズマ処理を行った後、レジスト層をアセトンで除去することにより、接着性官能基のパターンが形成された基材を得た。詳しくは、形成されたパターンは、１ｍｍ幅の帯状に接着性官能基が形成されていないパターンであった。
【０１２４】
次いで、基材において接着性官能基のパターンが形成された面に１２０μｍ厚のスペーサを配置し、基材中央にモノマー溶液を滴下した。モノマー溶液は、モノマーであるアクリルアミド、架橋剤であるビスアクリルアミド、光重合開始剤であるＬＡＰを含むものとした。用いたモノマー溶液は、アクリルアミドの濃度が４ｍｏｌ／Ｌであり、光重合開始剤の濃度がモノマーに対して０．１ｍｏｌ％であった。
【０１２５】
次いで、モノマー溶液を覆って酸素プラズマ処理したガラス基板を被せ、モノマー溶液を基材とシール基板とで挟み込んだ。ここで、モノマー溶液に被せたガラス基板は、上記実施形態におけるシール基板に該当する。
【０１２６】
次いで、波長３６５ｎｍのバンドパスフィルターを介した紫外線を、シール基板の上方からモノマー溶液へ照射した。光照射後、シール基板を取り除き、大過剰量の純水に浸漬して、未反応のゲル前駆体分子を除去し、実施例１の積層体を得た。
【０１２７】
得られた積層体においては、接着性官能基のパターンが形成されていない１ｍｍ幅の箇所が非接着領域、接着性官能基のパターンが形成された箇所が接着領域である。
【０１２８】
実施例１においては、モノマー溶液に含まれる架橋剤の濃度を、モノマーに対して０．０３ｍｏｌ％、０．０５ｍｏｌ％、０．１ｍｏｌ％、０．３ｍｏｌ％、０．５ｍｏｌ％と変化させた各積層体を作製した。各積層体のハイドロゲル層を膨潤させることにより、ハイドロゲル層の形状に対する架橋剤濃度の影響を確認した。
【０１２９】
図１９は、実施例１で得られた積層体のハイドロゲル層の写真であり、積層体の斜め上方からハイドロゲル層を撮影した写真である。図に示すようにハイドロゲル層は、波打つように湾曲した部分が形成されている。この湾曲部分は、ハイドロゲル層の非接着領域と重なる部分である。
【０１３０】
図２０は、実施例１の各積層体の写真である。図２０において左側の各写真は、積層体を基材の法線方向から見たときのハイドロゲル層の写真である。図２０において右側の各写真は、左側の写真の破線における断面写真である。なお、図中符号１ｂは、非接着領域を表す。
【０１３１】
図に示すように、架橋剤濃度が高くなるほど、ハイドロゲル層の湾曲が小さくなることが分かる。また、加工剤濃度が高くなるほど、ハイドロゲル層の盛り上がりが低くなることが分かる。
【０１３２】
なお、断面写真から、非接着領域と重なる位置のハイドロゲル層が、膨潤して盛り上がることにより、管路１ｘが形成されていることが確認できる。すなわち、ハイドロゲル層を形成する際の架橋剤濃度を制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさを制御可能であることが分かる。
【０１３３】
（実施例２）
接着性官能基が形成されていない帯状の箇所の幅、すなわち非接着領域の幅を５００μｍ、７５０μｍ、１０００μｍ、１２５０μｍ、１５００μｍと変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の各積層体を得た。架橋剤濃度はモノマーに対して０．１ｍｏｌ％とした。
【０１３４】
図２１は、実施例２の各積層体の写真である。図に示すように、非接着領域の幅が狭いほどハイドロゲル層の湾曲が小さく、非接着領域の幅が広いほどハイドロゲル層の湾曲が大きくなることが分かる。非接着領域の幅を制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさを制御可能であることが分かる。
【０１３５】
（実施例３）
モノマー溶液に含まれるモノマーとして、アクリルアミドとアクリル酸とを併用したこと以外は、実施例１と同様にして実施例３の積層体を得た。架橋剤濃度はモノマーに対して０．１ｍｏｌ％とした。用いたモノマー溶液は、アクリルアミドの濃度が３．８ｍｏｌ／Ｌ、アクリル酸の濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌであり、光重合開始剤の濃度がモノマーに対して０．１ｍｏｌ％であった。
【０１３６】
得られたハイドロゲル層は、ｐＨ変化に応答する刺激応答性のハイドロゲルを形成材料とする層である。
【０１３７】
図２２は、実施例３の積層体の写真である。図に示すように、純水でハイドロゲル層を膨潤させた場合よりも、ＮａＯＨ水溶液でハイドロゲル層を膨潤させた方がハイドロゲル層の湾曲が大きくなることが分かる。
【０１３８】
また、ＮａＯＨ水溶液でハイドロゲル層を膨潤させた積層体を、再度純水に浸漬することにより、ハイドロゲル層の湾曲が小さくなることを確認した。すなわち、実施例３の積層体において、ハイドロゲル層の湾曲度合いは、ｐＨの変化に応じて可逆的に変化した。
【０１３９】
実施例３の積層体においては、ハイドロゲル層のｐＨを制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさを制御可能であることが分かる。
【０１４０】
（実施例４）
モノマー溶液に含まれるモノマーとして、アクリルアミドの代わりにイソプロピルアクリルアミドを用い、モノマー溶液をジメチルスルホキシド溶液としたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４の積層体を得た。架橋剤濃度はモノマーに対して０．１ｍｏｌ％とした。
得られたハイドロゲル層は、温度変化に応答する刺激応答性のハイドロゲルを形成材料とする層である。
【０１４１】
図２３は、実施例４の積層体を加熱した時の変化を示す写真である。詳しくは、図２３には、積層体の加熱開始時を０秒（０ｓ）とし、以下３０秒、９０秒、２１０秒、３３０秒後の写真を示している。
【０１４２】
図２３に示すように、積層体を６０℃に加熱したホットプレート上に静置すると、ポリイソプロピルアクリルアミドが加熱されて相転移を起こし、水を吐き出しながら収縮した。その結果、湾曲した管路を有する立体的な形状から平面形状へと動的に変化した。
【０１４３】
図２４は、図２３において示した３３０秒加熱後の積層体を冷却した時の変化を示す写真である。詳しくは、図２４には、積層体の冷却開始時を０秒（０ｓ）とし、以下３０秒、６０秒、１２０秒、２１０秒後の写真を示している。図２４に示す積層体の冷却開始時には、積層体は６０℃に加熱された状態である。
【０１４４】
図２４に示すように、積層体に２５℃の水を滴下して積層体を冷却した結果、ハイドロゲル層は再び膨潤し、平面形状から立体形状へと動的に変化した。すなわち、実施例４の積層体において、ハイドロゲル層の湾曲度合いは、温度変化に応じて可逆的に変化した。
【０１４５】
実施例４の積層体においては、ハイドロゲル層の温度を制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさを制御可能であることが分かる。
【０１４６】
（実施例５）
実施例４の方法で作成した積層体の基材の裏面側に、アルミホイルで作成した幅２ｍｍの金属パターンを接着剤で張り付け、形状制御デバイスを作成した。金属パターンは、上記実施形態における電極に該当する。
【０１４７】
図２５は、実施例５の形状制御デバイスの電極に通電し加熱したときの変化を示す写真、および一部拡大写真である。詳しくは、電極に電源を接続し、１０Ｖ、０．６Ａで通電したときの、通電開始時を０秒（０ｓ）とし、３０秒、６０秒後の写真を示している。
【０１４８】
図に示すように、通電することで電極が発熱し、電極の周辺部位の温度が上昇した結果、ハイドロゲル層が水を放出しながら収縮し、立体的な流路形状から平面形状へと動的に変化した。ハイドロゲル層を構成するポリイソプロピルアクリルアミドが加熱されて相転移を起こし、膨潤度が変化したものと考えられる。
【０１４９】
また、通電を停止した後、積層体に２５℃の水を滴下して積層体を冷却した結果、ハイドロゲル層は再び膨潤し、平面形状から立体形状へと動的に変化した。すなわち、実施例５の形状制御デバイスが備える積層体において、ハイドロゲル層の湾曲度合いは、温度変化に応じて可逆的に変化した。
【０１５０】
実施例５の形状制御デバイスが備える積層体においては、ハイドロゲル層の温度を制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさを制御可能であることが分かる。
【０１５１】
（実施例６）
上述の第２の製造方法を用いて、積層体を作製した。
まず、基材であるポリジメチルシロキサンシートを洗浄し、表面を完全に乾燥させた。用いたＰＤＭＳシートの厚みは１ｍｍであった。ポリジメチルシロキサンシートは、以下、「ＰＤＭＳシート」と称する。
【０１５２】
その後、ＰＤＭＳシートの表面を完全に覆うように、ベンゾフェノンのエタノール溶液を滴下し、放置した。その後、ＰＤＭＳシートの表面を洗浄し、完全に乾燥させ、表面に開始剤を付着させたＰＤＭＳシートを得た。以下の説明では、得られたＰＤＭＳシートのことを、「接着性ＰＤＭＳ基材」と称する。
【０１５３】
次いで、接着性ＰＤＭＳ基材において開始剤を付着させた面に、幅１ｍｍの短冊状のパラフィンフィルム（品名パラフィルム（登録商標）、厚み１３０μｍ）を配置し、さらに５００μｍ厚のスペーサを配置した後、基材中央にモノマー溶液を滴下した。モノマー溶液は、モノマーであるアクリルアミド、架橋剤であるビスアクリルアミド、光重合開始剤であるＬＡＰ、脱酸素剤であるグルコースおよびグルコースオキシダーゼ、を含むものとした。
【０１５４】
用いたモノマー溶液は、アクリルアミドの濃度が４．０ｍｏｌ／Ｌ光重合開始剤の濃度がモノマーに対して０．１ｍｏｌ％であった。また、モノマー溶液は、脱酸素剤として、グルコースを４．２ｍｇ／ｍｌ、グルコースオキシターゼを０．２５ｍｇ／ｍｌの濃度で含む溶液であった。
【０１５５】
次いで、モノマー溶液を覆って酸素プラズマ処理したガラス基板を被せ、モノマー溶液を接着性ＰＤＭＳ基板とシール基板とで挟み込んだ。ここで、モノマー溶液に被せたガラス基板は、上記実施形態におけるシール基板に該当する。
【０１５６】
次いで、水銀灯を光源として用い、シール基板の上方からモノマー溶液へ紫外線を照射した。光照射後、シール基板を取り除き、大過剰量の純水に２４時間浸漬して、未反応のゲル前駆体分子を除去し、実施例６の積層体を得た。
【０１５７】
図２６〜２８は、実施例６の積層体の写真および積層体の様子を示す模式図である。
【０１５８】
まず、図２６に示すように、実施例６の積層体が有するハイドロゲル層２０は、積層体に形成された非接着領域に沿って蛇行した管路１ｘを有している。
【０１５９】
また、図２７に示すように、実施例６の積層体を、積層体に形成された非接着領域の延在方向の両端側で把持し、ハイドロゲル層２０が形成されている面が凸となるように応力Ｆを加えると、積層体全体が湾曲する。このとき、ハイドロゲル層２０には圧縮応力が加わり、管路１ｘが圧縮された。
さらに、図２８に示すように、実施例６の積層体を、積層体に形成された非接着領域の延在方向の両端側で把持し、ハイドロゲル層２０が形成されている面が凹となるように応力Ｆを加えると、積層体全体が湾曲する。このとき、ハイドロゲル層２０には引っ張り応力が加わり、管路１ｘが伸長された。
【０１６０】
すなわち、実施例６の積層体において、ハイドロゲル層の形状、およびハイドロゲル層に形成された管路の形状は、加える応力に応じて可逆的に変化した。実施例６の積層体においては、加える応力を制御することにより、ハイドロゲル層と基材との間に形成される管路の大きさ、形状を制御可能であることが分かる。
【０１６１】
以上より、本発明が有用であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明にかかる積層体は、例えば流路形状を生かした細胞培養デバイスおよび反応容器として有用であり、組織工学や化学工学分野などに広く適応可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
１，１Ａ，１Ｂ，２，３…積層体、１ａ，２ａ，３ａ…接着領域、１ｂ，２ｂ，３ｂ…非接着領域、１０…基材、１０ａ，１１ａ…一面、１１，１１Ａ…シランカップリング剤の層、３０…光重合開始剤の層、２０，２１…ハイドロゲル層、２０Ａ…モノマー溶液（前駆体溶液）、２５…シート材、４０…入力部、７０ａ…面、９０…ゲル陥入性高分子の層、１００…形状制御デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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