(57)【要約】  異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わることができる複合体材料で：環境の刺激に呼応する第一材料；前記第一材料の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分上に配置した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料から形成された複数のナノ堆積物；を含み、環境の刺激に呼応して前記複数のナノ堆積物が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる複合体材料。関連した装置及び方法も記載されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わることができる複合体材料であって：
環境の刺激に呼応する第一材料；
前記第一材料の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分上に配置した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料から形成された複数のナノ堆積物；
を含み、環境の刺激に呼応して前記複数のナノ堆積物が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる、複合体材料。
【請求項２】
電気的性質が電気抵抗を含む、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
第一材料が：ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のような熱感応性重合体；ポリ（アクリル酸）のようなｐＨ感応性重合体；ポリチオフェンゲルのような電気感応性重合体；４−（メタクリロイルアミノ）アゾベンゼンで架橋されたポリアクリルアミドのようなＵＶ線感応性重合体；ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）複合体のようなＩＲ線感応性重合体；ドデシルイソシアネート変性ＰＥＧグラフトポリ（ＨＥＭＡ）のような超音波感応性重合体；強磁性材料を含むＰＮＩＰＡｍヒドロゲルのような磁場感応性重合体；の少なくとも一種類を含む、請求項１又は２に記載の材料。
【請求項４】
第二材料が、伝導性又は半導体材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料。
【請求項５】
第二材料が、金、銀、銅、アルミニウム、及び珪素の少なくとも一種類を含む、請求項４に記載の材料。
【請求項６】
複数のナノ堆積物が、第一表面に限定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の材料。
【請求項７】
複数のナノ堆積物が、複数の別々に分離された特徴物を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の材料。
【請求項８】
ナノ堆積物の各々が特徴物を含み、それら複数の特徴物の各々が、互いに対し実質的に均一な大きさ及び幾何学性を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の材料。
【請求項９】
幾何学性が丸又は長円形である、請求項８に記載の材料。
【請求項１０】
幾何学性が、多角形、ダイヤモンド形、又は星形である、請求項８に記載の材料。
【請求項１１】
複合体材料が、第一状態又は第二状態の一方で電気伝導性であり、他方の状態で非伝導性である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１２】
ナノ堆積物が、第一状態又は第二状態の一方で一方向の電気伝導性を与えるような形状になっている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１３】
第一材料がポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）−キトサンを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１４】
複数のナノ堆積物が、第一表面上に金属材料のスパッター被覆層を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１５】
ナノ堆積物の各々が、約４５ｎｍ以下の大径を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１６】
環境の刺激が、温度、ｐＨ、紫外線、電場、磁場、赤外線、超音波、溶媒、イオン、及び生体分子の少なくとも一つを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１７】
複数のナノ堆積物が、第一材料の一つの表面の全体を覆って与えられている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１８】
複数のナノ堆積物が、第一材料の一つの表面に見出される限定された領域を覆って与えられており、前記限定された領域が次の幾何学的形態：Ｌ字形領域；Ｔ字形領域；十字形領域；又はハブ・スポーク形領域；の少なくとも一つを含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の複合体材料を含むセンサー。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の複合体材料を含む薬剤デリバリー・デバイス。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の複合体材料を含むマイクロ流体スイッチ。
【請求項２２】
異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わることができる複合体材料であって：
複数のナノ粒子を含む、環境の刺激に呼応する第一材料；
前記ナノ粒子上に堆積した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料；
を含み、環境の刺激に呼応して前記複合体材料が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる、複合体材料。
【請求項２３】
ナノ粒子がヒトロゲル材料を含み、第二材料がナノ粒子の各々を覆う金被覆を有する、請求項２２に記載の複合体材料。
【請求項２４】
被覆したナノ粒子が、第一状態で互いに接触し、第二状態で互いに分離される、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の複合体材料。
【請求項２５】
第一材料の少なくとも一つの表面上に第二材料をスパッター被覆することを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の複合体材料を形成する方法。
【請求項２６】
更に、ナノ堆積物の形及び大きさに実質的に相当するナノサイズの開口を有するマスクを通して第二材料をスパッター被覆することを含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、パリ協定第４条に基づき、２００６年５月１８日に出願された米国特許出願Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．６０／８０１，５０８による優先権を主張するものであり、その全内容は参考のためここに入れてある。
（発明の分野）
本発明は、変換可能又は切り替え可能な(switchable)性質を有するスマート材料(smart material)に関する。例えば、本発明の原理に従い形成された材料は、環境からの刺激に呼応して電気伝導体状態と絶縁体状態との間で切り替わる能力を有することができる。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
以下に当分野の最新状況を論ずるに際し、或る構造体及び／又は方法を参考にする。しかし、次の参考文献は、それらの構造体及び／又は方法が従来技術を構成するものと認可されているとは見做すべきではない。出願人は、そのような構造体及び／又は方法が従来技術として見做されない事を実証する権利を明らかに保留するものである。
【０００３】
重合体の機能及び性能を向上させる一つの方法は、重合体内にナノ粒子を埋め込むことである。最近、特殊な電子的性質を実現するため、重合体に金属ナノ粒子を配合することに大きな関心が払われてきた。〔例えば、チェゲル(Chegel)Ｖ．Ｉ．、レイトマン(Raitman)Ｏ．Ａ．、リオバシェフスキー(Lioubashevski)Ｏ．、その他、「電極に伴うＣｕ2+／ポリアクリル酸フイルムの電気屈折、電気変色(elctrochromic)、及び伝導性機能のレドックス切り替え」(Redox-switching of electrorefractive, electrochromic, and conductivity functionsof Cu2+/polyacrylic acid films associatedwith electrodes)、Advanced Mataerials, 14, 1549 (2002)参照〕。特に興味があるものは、スマート重合体(smart polymer)と金ナノ粒子との組合せであり、それは僅かな物理的又は化学的刺激に呼応してそれらの性質を大きく変化する。そのようなスマート重合体の一例はポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド〔シーニイ・ハジ・イチア(Sheeney-Haj-Ichia)Ｌ．、シャラビ(Charabi)Ｇ．、及びウィルナー(Willner)Ｉ．、「熱感応性ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）及びＡｕナノ粒子／ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）複合体ヒドロゲルの相転移による電気的性質の制御」(Control of the electronic propertiesof thermosensitive poly(N-isopropylacrylamide) and Au-nanoparticle/poly(N-isopropylacrylamide compositehydrogels upon the phase transition)、Advanced FunctionalMataerials, 12, 27-32, (2002)；及びザオ(Zhao)Ｘ．、ディング(Ding)Ｘ．、デェング(Deng)Ｚ．、その他、「金ナノ粒子／ヒドロゲル複合体の熱変換可能な電気的性質」(Thermoswitchable electronicproperties of a gold nanoparticles/hydrogel composite)、Macromolecular Rapid Communications, 26, 1784-1787, (2005)参照〕。Ａｕナノ粒子／ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）複合体は、温度変化に呼応して電気抵抗のような切り替え可能な電子的性質を示している。
【０００４】
しかし、電気抵抗の範囲は限定されている。例えば、最も低い電気抵抗でも約１０ＫΩであり、それは電気伝導体としては比較的高いものであるが、最も高い電気抵抗は約７０ＫΩであり、それは電気絶縁体としては比較的低い。
【０００５】
上で言及したような最新の切り替え可能な材料に伴われる別の欠点は、均一に成形されたナノスケールの粒子の形成及びそれらを重合体マトリックス中に組込むことに伴われる問題である。上に記載したようなナノ粒子を製造する技術は、ナノ粒子の粒径、形状、及び均一性を制御するそのような方法の能力に関する技術的問題を抱えている。更に、そのような小さな規模の粒状材料の取扱いは、例えば、それらの凝集傾向及び分散しにくさに関して更に別の問題を与えている。
【０００６】
最新の切り替え可能な材料に伴われる更に別の欠点は、それらの性質が等方的、即ち、どの方向でも同じになる傾向があることである。或る状況では、或る方向でのみ希望の性質を有する材料、又は異なった方向では異なった性質、即ち、異方性を有する材料を与えることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（概要）
本発明は、最新の技術に伴われる上述の問題の一つ以上に取り組むものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一つの態様に従い、本発明は、異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わる複合体材料で：環境の刺激に呼応する第一材料；前記第一材料の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分上に配置した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料から形成された複数のナノ堆積物(nano-deposite)；を含み、環境の刺激に呼応して前記複数のナノ堆積物が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる複合体材料を与える。
【０００９】
更に別の態様に従い、本発明は、上に記載したような材料を組込んだセンサー、薬剤デリバリ・デバイス(drug delivery device)、又はマイクロ流体スイッチのような装置を与える。
【００１０】
更に別の態様に従い、本発明は、異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わる複合体材料で：複数のナノ粒子を含む、環境の刺激に呼応する第一材料；前記ナノ粒子上に堆積した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料；を含み、環境の刺激に呼応して前記複合体材料が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる複合体材料を与える。
【００１１】
更に別の態様に従い、本発明は、上に記載した型の複合体材料を形成する方法で、第一材料の少なくとも一つの表面上に第二材料をスパッター被覆することを含む方法を与える。
【００１２】
更に別の態様に従い、本発明は、切り替え可能な異方性を有する複合体材料、及び関連する方法を与える。
【００１３】
ここで用いる「ナノ堆積物(nano-deposit(s))」とは、適当な技術により形成した一つ以上のナノメーターの大きさの特徴物(features)を意味する。これらの特徴物は、一つ以上のナノメーター規模の粒子及び／又は凝集物から形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第一状態にある本発明の複合体材料を例示する模式的図である。
【図２】図２は、第二状態にある時の、図１の複合体材料を例示する模式的図である。
【図３】図３は、本発明の複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図４】図４は、本発明の複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図５】図５は、本発明の複合体材料の更に別の態様を例示する模式的図である。
【図６】図６は、本発明により構成された複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図７】図７は、本発明により構成された複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図８】図８は、本発明により構成された複合体材料の更に別の態様を例示する模式的図である。
【図９】図９は、本発明により構成された複合体材料の更に別の態様を例示する模式的図である。
【図１０】図１０は、第一状態にある本発明の複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図１１】図１１は、第二状態にある本発明の複合体材料の別の態様を例示する模式的図である。
【図１２】図１２は、本発明の原理に従い、複合体材料を形成する方法を例示する模式的図である。
【図１３】図１３は、本発明の一つの態様に従い、複合体材料の加熱／冷却サイクル中の電気抵抗を示す図である。
【図１４】図１４において、図１４Ａ〜１４Ｃは、夫々、本発明の一つの態様に従い、第一材料上に堆積した第二材料の、加熱／冷却サイクル中の種々の点での走査電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の一つの態様に従い形成された複合体材料の電気抵抗の、加熱／冷却サイクル中に判定された結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（詳細な記述）
本発明に従い、一層広い範囲で一層整調可能な性質を有する複合体材料に関連して、物品及び方法が開発されてきた。更に、本発明の物品及び方法は、上で注目した改良された性能を与えるやり方でそのような複合体材料を製造できるようにし、最新の形成技術と比較して、そのような材料を製造し易くする。
【００１６】
本発明の第一の典型的な態様を図１〜２に例示する。そこに例示したように、複合体材料１０は、第一表面１４を有する第一材料１２を含む。複数のナノ堆積物１６が第一表面１４の少なくとも一部分の上に与えられている。
【００１７】
複合体材料１０は、図１に第一状態になっているものとして例示されている。複合体材料１０は、第一状態にある時、第一電気的性質を持っていてもよい。従って、例えば、複合体材料１０が第一状態にある時、矢印Ａの方向に電気伝導性であるが、矢印Ｂ及びＣの方向には電気伝導性ではない。勿論、本発明の別の態様では、複合体材料１０は、第一状態にある時、電気的又は他の異なった性質を持っていてもよい。
【００１８】
図２では、複合体材料１０は、第二状態になっているものとして例示されている。複合体材料１０は、第二状態にある時、第二電気的性質を持っていてもよい。従って、例えば、複合体材料１０が第二状態にある時、矢印Ａ、Ｂ、又はＣの方向に実質的に電気的に非伝導性である。勿論、本発明の別の態様では、複合体材料１０は、第二状態にある時、電気的又は他の、この例示的態様の性質とは異なった性質を持つことができる。そのような別の性質は上に言及してある。
【００１９】
複合体材料１０は、環境からの刺激に呼応して第一状態と第二状態との間で転移する。このように、複合体材料１０は適当な刺激の適用で第一状態と第二状態との間で切り替えることができる。どのような適当な刺激でも用いることができる。例えば、複合体材料は、温度、ｐＨ、紫外線、電場、磁場、赤外線、超音波、溶媒、イオン、及び生体分子のような刺激により第一状態と第二状態との間の遷移を起こす。図１〜２の例示的態様に従い、第一材料１２は温度の変化に呼応して膨張し、図１に例示した収縮した第一状態と、第２図に例示した膨張した第二状態との間で遷移する。第一材料の膨張は、伝導性第二材料から形成され、第一表面１４の少なくとも一部分上に堆積されたナノ堆積物１６を物理的に互いに分離し、それにより複合体材料１０を実質的に非伝導性にする。
【００２０】
第一材料１２は、適当な刺激に呼応するどのような適当な材料でも含むことができる。従って、例えば、第一材料１２はスマート重合体を含むことができる。一つの典型的な態様に従い、第一材料１２はヒドロゲルを含む。更に別の態様に従い、ヒドロゲルはポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）を含む。別の第一材料には：ポリ（アクリル酸）のようなｐＨ感応性重合体；ポリチオフェンゲルのような電気感応性重合体；４−（メタクリロイルアミノ）アゾベンゼンで架橋されたポリアクリルアミドのようなＵＶ線感応性重合体；ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）複合体のようなＩＲ線感応性重合体；ドデシルイソシアネート変性ＰＥＧグラフトポリ（ＨＥＭＡ）のような超音波感応性重合体；強磁性材料を含むＰＮＩＰＡｍヒドロゲルのような磁場感応性重合体；が含まれる。
【００２１】
第二材料は、第一又は第二状態で希望の性質を与えるどのような適当な材料でも含むことができる。例えば、第二材料は、電気伝導性又は半導体材料を含むことができる。一つの例示的態様に従い、第二材料は金を含む。別の第二材料には、銀、銅、アルミニウム、及び珪素が含まれる。
【００２２】
複数のナノ堆積物１６は、第一材料１２内に部分的に埋め込まれていてもよい。しかし、本発明の原理に従い、最新技術とは対照的に、複数のナノ堆積物１６は第一材料１２内に完全には埋め込まれていないのが好ましい。複数のナノ堆積物１６の第一表面１４の少なくとも一部分上への堆積は、第一材料のマトリックス内に完全に埋め込まれたナノ粒子を含む複合体では得ることができるとは考えられない長所及び利点を与える。どのような特別な理論にも拘束されたくはないが、ナノ堆積物１６が電気伝導性材料を含む場合の典型的な態様では、第一状態と第二状態との間で遷移する時のナノ堆積物１６の動きに対する障害が、ナノ堆積物１６又はナノ粒子間に第一材料が欠如しているため著しく減少する。これに対し最新の技術では、ナノ粒子は第一材料により定められる本体又はマトリックス内に埋め込まれている。従って、その最新の技術によれば、複合体材料内に伝導性を生じさせるのに必要な粒子間の物理的接触は、埋め込まれたナノ粒子間に介在するマトリックス材料の存在により妨害されている。本発明は、この妨害を解消している。
【００２３】
ナノ堆積物１６は、どのような適当な幾何学的形状又は大きさにでも形成することができる。或る態様によれば、ナノ堆積物１６は、最新のマスク形成技術を用いてマスクに形成することができる大きさの程度にある長径Ｄを有するが、それに限定されるものではない。更に別の例に従い、径（単数又は複数）Ｄは４５ｎｍ以下の程度にすることができ、数ミクロン位の大きさにすることができるが、それらに限定されるものではない。更に別の態様によれば、ナノ堆積物１６は、それらの大きさ及び／又は幾何学的形状に関し、実質的に均一にすることができる。更に、ナノ堆積物１６は、第二又は第一状態でも第一表面１４上で互いに実質的に均一に離れていてもよい。本発明の原理に従い、第一表面の少なくとも一部分上に実質的に均一なパターンとして実質的に均一なナノ堆積物１６を与えることができることは、本発明に付加的利点を与える。特に、そうすることにより、希望の性質を第一状態と第二状態との間の切り替え機構により一層正確に制御することができると考えられる。従って、例えば、例示的態様により、第一状態と第二状態との間の切り替えは、ナノ堆積物が互いに充分な物理的接触をしているか否かにより、複合体材料を伝導性か、又は非伝導性にする。均一な形状のナノ堆積物の均一な配列は、第一状態と第二状態との間の遷移により、例えば、膨張／収縮により、これらのナノ堆積物が互いに接触するようになるか否かの予測性を改良する。
【００２４】
図３〜５は、ナノ堆積物が代わりの幾何学的模様を有する別の態様を例示している。図３に例示したナノ堆積物１６′は、実質的にダイヤモンド形をしている。更に別の態様によれば、それらの形又は幾何学性とは無関係に、図３にも例示されているように、第一材料の第一表面１４の実質上全体的にナノ堆積物を堆積することができる。
【００２５】
図４は、ナノ堆積物１６″が実質的に星形になっている場合の別の態様を例示している。更に別の態様によれば、ナノ堆積物は第一状態と第二状態との間の遷移が一方向の仕方で希望の性質を与えるようなやり方で第一表面１４の少なくとも一部分の上に成形配置することができる。このように、例えば、図５に例示したように、ナノ堆積物１６′″は、それらが第一状態では矢印Ａで示した方向に沿って互いに物理的に接触するが、矢印Ｂの方向には接触していないように形作ることができる。従って、ナノ堆積物１６′″が伝導性材料から形成されている場合、矢印Ａで示した方向にだけ電気伝導性が与えられる。幾何学性及び／又は大きさを正確に制御し、それにより複合体材料１０の第一表面の少なくとも一部分に沿ってそのような一方向の性質を与えることができることは、当分野の最新の切り替え可能な複合体材料に比較して、更に付加的利点を与える。
【００２６】
更に別の態様に従い、形状又は幾何学性とは無関係に、ナノ堆積物１６は、図６〜９に例示したように、第一材料１２の第一表面１４の特定の範囲上に配置することができる。図６に例示したように、ナノ堆積物１６は、第一材料１２の第一表面１４上に実質的にＬ字形領域２２に配置することができる。別法として、ナノ堆積物は、第一材料１２の第一表面１４上に実質的にＴ字形領域２４に配置することができる。図８に例示したように、ナノ堆積物１６は、第一材料１２の第一表面１４の実質的に十字形領域２６上に配置することもできる。更に別の態様に従い、図９に例示したように、ナノ堆積物１６は、第一材料１２の第一表面１４上に、中心ハブで、そこから一本以上のスポークが出ているハブから全体的に構成された領域２８に配置することができる。
【００２７】
本発明の原理に従い形成された複合体材料３０の別の態様が図１０〜１１に例示されている。そこに例示したように、複数のスマート粒子３２が基体３４の上に配列されている。スマート粒子３２は、上に記載した第一材料のいずれかのような、どのような適当な材料を含んでいてもよい。スマート粒子３２は、部分的に又は完全に第二材料３６により被覆されていてもよい。第二材料３６は、上に記載した第二材料のいずれかのような、どのような適当な材料でも含むことができる。複合体材料３０は、図１０では第一状態になっているとして、図１１では第二状態になっているとして例示されている。複合体材料３０の性質は、第一状態と第二状態との間で変化する。電気伝導性のようなどのような適当な性質でも複合体材料に付与することができる。上に記載した刺激のいずれかのような、適当な環境からの刺激の適用により複合体材料３０は、第一状態と第二状態との間で遷移する。このように、例えば、粒子３２がヒドロゲルを含み、第二粒子３６が金のような電気伝導体を含む場合、複合体材料３０は図１０に例示した第一状態で少なくとも矢印Ａの方向に伝導性である。温度変化のような適当な刺激の適用で、複合体３０は第二状態に遷移し、図１１に例示したように非伝導性になる。
【００２８】
本発明の複合体材料は、どのような適当な技術により形成してもよい。そのような適当な技術の一つが図１２に模式的に例示されている。そこに例示したように、適当な形状及び大きさの開口２０を有するマスク１８が、第一材料１２の少なくとも第一表面１４の上面に与えられている。マスク１８の開口２０は、場合により最新のマスク形状技術を用いてマスクに形成することができる大きさの程度の長径Ｄを持っていてもよい。更に別の例に従い、開口２０の径（単数又は複数）Ｄは４５ｎｍ以下の程度にすることができ、数ミクロン位の大きさにすることができるが、それに限定されるものではない。矢印Ｓで模式的に例示した慣用的スパッター被覆法のような適当な技術によりマスク１８の開口２０を通って少なくとも第一表面１４上に第二材料を導入することができる。本発明に従い、複合体材料を形成するこの技術は、慣用的ナノ粒子合成よりも長所及び利点を与える。上に記載した、基体にナノ堆積物を適用するためのマスクを使用したスパッター被覆技術は、ここに記載した最新のナノ粒子合成技術と比較して、一層迅速で、一層効果的であると考えられ、形状及び大きさの点で一層均一なナノ堆積物を形成する傾向がある。
【００２９】
金属ナノ堆積物の組織化は、新規な光子性、電子性、知覚性、又は光電化学的性質を発揮させることができる。金属ナノ堆積物は、薬剤、生体分子、等のような大小の分子に関連した機能的ユニットとして用いることができる。本発明は、マイクロ流体装置、バイオセンサー、及び遺伝子／薬剤デリバリー(delivery)・システムでの切り替えのような広い用途を持つことができる。例えば、その材料は、薬剤デリバリー・デバイスで、薬剤を送達すべき身体部分の温度を変化することにより、デバイスが希望の領域でのみその薬剤を投与するように作動するデバイス切り替えのために用いることができるであろう。別法として、ｐＨに応答する材料は、腫瘍の細胞間ｐＨが極めて酸性であることが知られているので、化学療法の薬剤デリバリー・デバイスに用いることができるであろう。本発明は、保護装置でも大きな潜在的用途を有する。例えば、それらスマート材料を、電気的ショックの危険がそれら材料に絶縁性を付与する局部的環境の変化に連動している状況で、電気的ショックに対する保護装置として用いることができるであろう。
【実施例】
【００３０】
（例）
ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）−キトサンを熱感応性材料として合成し、その表面に慣用的スパッター被覆技術を用いて普通紙マスクを通して金ナノ堆積物を被覆した。複合体構造体の電気抵抗を２５℃及び４０℃でフルーケ(Fluke)１７９真性ＲＭＳミリアンペア計を用いて何回も繰り返し測定した。結果を図１３に示す。
【００３１】
図１３から、加熱／冷却サイクルにより複合体の電気抵抗の変化が極めて大きいことが分かる。高温（４０℃）ではヒドロゲルの表面上の金膜の電気抵抗は非常に低いので（３０Ωから４００Ωの範囲）、その材料は電気伝導性である。しかし、２５℃では電気抵抗はかなり大きくなる（２．０ＭΩより大きい）。その理由は、金属粒子の間隔が熱感応性重合体の異なった温度での膨張又は収縮により、増大又は減少すことにある。これらの現象は図１４Ａ〜１４Ｃで示したように、ＳＥＭで観察することができる。温度変化による伝導体と絶縁体との切り替え過程は、その変化が連続になるように何回も繰り返すことができる。実験結果は一貫しており、再現性がある。このように、このヒドロゲルの電子的性質は優れた熱切り替え性を与える。
【００３２】
しかし、広い範囲は２５℃〜４０℃を示していた。従って、この範囲の温度に対する電気抵抗の変化を正確に研究するために、複合体の電気抵抗を２５℃〜４０℃で２℃毎に測定した。結果を図１５に示す。
【００３３】
図１５は、複合体の電気抵抗の変化は、温度変化に歩調を合わせたものにはなっていないことを示している。加熱／冷却サイクル中、３２℃で急激で劇的な変化が観察された。温度が３２℃より低くなると、その複合体の電気抵抗は極端に大きく（２ＭΩより大きく）なるが、３２℃より高くなると、電気抵抗は非常に低くなる。３２℃ではヒドロゲルの膨張程度は、金フイルムを崩壊して幾つかの分離部分に分割するのに充分なように大きくなり、そのためそれらは最早電気伝導性ではなくなる。この態様では、３２℃は電気的性質の変化の臨界的温度であった。３２℃の臨界的温度は、ポリＮＩＰＡｍキトサンヒドロゲルの低い容体化臨界温度（ＬＣＳＴ）と同じである。電気的性質の劇的な変化は、ＬＣＳＴに伴われる顕著な体積変化によりヒドロゲルのＬＣＳＴで起きることを示している。ポリＮＩＰＡｍのＬＣＳＴは、本発明に従い、親水性又は疎水性成分を添加することにより調節することができるので、ヒドロゲル複合体の電気的性質を切り替えるための閾値温度は、特定の用途に必要な条件に適合するように調節することができる。
【００３４】
本明細書中に用いた成分、構成物の量、反応条件、等を表す全ての数値は、用語「約」によって全ての場合について修正することができるものと理解されたい。ここに与えた数値範囲及びパラメーターの記載、主題の広い範囲は大凡のものであるにも拘わらず、記載した数値は出来る限り正確に示してある。しかし、どの数値も、本来それらの個々の測定技術に見出される標準偏差又は数値の丸めにより明らかなように、或る誤差を含むであろう。
【００３５】
本発明をその好ましい態様に関連して記事してきたが、添付の特許請求の範囲に定義されているような、本発明の本質及び範囲から離れることなく、特別には記載してない追加、削除、修正、及び置き換えを行えることは当業者には認められるであろう。
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月19日(2009.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わることができる複合体材料であって：
環境の刺激に呼応する第一材料；
前記第一材料の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分上に配置した第二材料で、電気伝導性材料を含む第二材料から形成された複数のナノ堆積物；
を含み、環境の刺激に呼応して前記複数のナノ堆積物が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる、複合体材料。
【請求項２】
電気的性質が電気抵抗を含む、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
第一材料が：ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のような熱感応性重合体；ポリ（アクリル酸）のようなｐＨ感応性重合体；ポリチオフェンゲルのような電気感応性重合体；４−（メタクリロイルアミノ）アゾベンゼンで架橋されたポリアクリルアミドのようなＵＶ線感応性重合体；ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）複合体のようなＩＲ線感応性重合体；ドデシルイソシアネート変性ＰＥＧグラフトポリ（ＨＥＭＡ）のような超音波感応性重合体；強磁性材料を含むＰＮＩＰＡｍヒドロゲルのような磁場感応性重合体；の少なくとも一種類を含み、第二材料が伝導性又は半導体材料を含む、請求項１又は２に記載の材料。
【請求項４】
第二材料が、金、銀、銅、アルミニウム、及び珪素の少なくとも一種類を含む、請求項３に記載の材料。
【請求項５】
複数のナノ堆積物が、第一表面に限定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料。
【請求項６】
複数のナノ堆積物が、互いに対し実質的に均一な大きさ及び幾何学性を有する複数の別々に分離された特徴物を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の材料。
【請求項７】
幾何学性が、丸、長円形、多角形、ダイヤモンド形、又は星形である、請求項６に記載の材料。
【請求項８】
複合体材料が、第一状態又は第二状態の一方で電気伝導性であり、他方の状態で非伝導性である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の材料。
【請求項９】
ナノ堆積物が、第一状態又は第二状態の一方で一方向の電気伝導性を与えるような形状になっている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１０】
環境の刺激が、温度、ｐＨ、紫外線、電場、磁場、赤外線、超音波、溶媒、イオン、及び生体分子の少なくとも一つを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１１】
複数のナノ堆積物が、第一材料の一つの表面の全体を覆って与えられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１２】
複数のナノ堆積物が、第一材料の一つの表面上の限定された領域を覆って与えられており、前記限定された領域が次の幾何学的形態：Ｌ字形領域；Ｔ字形領域；十字形領域；又はハブ・スポーク形領域；の少なくとも一つを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の材料。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合体材料を含む装置であって、センサー、薬剤デリバリー・デバイス、又はマイクロ流体スイッチを含む装置。
【請求項１４】
異なった電気的性質を有する第一状態と第二状態との間で切り替わることができる複合体材料であって、
第一材料が複数のナノ粒子の形態をしており、第二材料が前記ナノ粒子上に堆積されており、
環境の刺激に呼応して前記複合体材料が第一状態に対応する第一形態と、第二状態に対応する第二形態との間で切り替わることができる、
請求項１に記載の複合体材料。
【請求項１５】
ナノ粒子がヒトロゲル材料を含み、第二材料がナノ粒子の各々を覆う金被覆を有する、請求項１４に記載の複合体材料。
【請求項１６】
ナノ粒子が、第一状態で互いに接触し、第二状態で互いに分離される、請求項１４に記載の複合体材料。
【請求項１７】
ナノサイズの開口を有するマスクを通して少なくとも一つの表面上に第二材料をスパッター被覆することを含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の複合体材料を形成する方法。
【国際調査報告】
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