CN104994964A - 细微图案化用表面化学处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种通过提高作为溶质(32)溶解在溶液(31)中的分子相对于固相表面(1)的固定化的效率、且可靠地抑制溶液(31)在固相表面(1)扩散从而能够使固定化面积微小化的细微图案化用表面化学处理装置。本发明的装置包括：第1管路(11)，其一端开口(11a)，另一端连通于液体供给单元(14)；第2管路(12)，其一端以包围该第1管路(11)的开口(11a)的周围的方式开口(12a)，另一端连通于液体抽吸单元(16)；以及移动机构(21)，其用于使该第1管路(11)的开口(11a)和第2管路(12)的开口(12a)与作为图案化对象的固相表面(1)相对移动，通过一边自第1管路(11)的开口(11a)排出图案化溶液(31)，一边自第2管路(12)的位于第1管路(11)的开口(11a)的周围的开口(12a)将该溶液(31)与周围的液相(2)或气相一起抽吸，从而能够防止溶液(31)在全方位上的渗出，能够进行由细微图案而成的表面化学处理。

Description

细微图案化用表面化学处理装置
技术领域
本发明涉及一种在气相或液相中在玻璃原材料、硅基板等的固相表面进行化学图案化，构建具有特定功能的分子，并进行固相合成反应、分析等的技术。
背景技术
在玻璃原材料、硅基板等的固相表面实施利用某分子而进行的化学处理的情况下，以往以来，通常使用该分子作为溶质溶解在溶剂中的溶液，并采用以下例示的这样的方法。
其中一个方法为使将要实施化学处理的固相完全浸渍在上述溶液中的方法，该情况下，对于固相，利用溶液中的分子以不伴有关于位置的选择性的方式实施化学处理。
另一个方法为在使用分配器(液体定量排出装置)将上述溶液排出的同时在固相表面以所需的图案进行绘制的方法，在该情况下，固相表面因上述的溶质而被位置选择地实施化学处理。在该使用分配器的方法中，通过使分配器的口径缩小化，能够将图案的细微化实现到一定程度。
另外，在微流控技术的领域中，作为向固相表面排出微量的溶液等的技术，公知有使用称为微流控探针、微量移液管的工具的技术。
对于称为微流控探针的工具，在由Si等形成的探针的顶端形成称为台面的平坦面，并且在该台面上相邻地形成两个开口，在使台面相对于固相表面平行相对的状态下，通过在自一个开口将溶液排出的同时、自另一个开口对溶液进行抽吸，从而抑制所排出的溶液扩散，而能够使溶液滞留在狭小的区域内(例如参照非专利文献1)。
另一方面，对于称为微量移液管的工具，在由聚二甲基硅氧烷(PDMS)等形成的移液管的顶端部以一列状形成三个开口，通过在自该中央的开口将溶液等排出的同时自其两侧的开口对溶液进行抽吸，从而与上述相同地抑制溶液等在固相表面扩散(例如参照非专利文献2)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：David Juncker et al.“Multipurpose microfluidic probe”nature materials ADVANCE ONLINE PUBRICATION(www.nature.com/naturematerials)，24July 2005
非专利文献2：Alar Ainla et al.“A multifunctional pipette”labchip,2012,12,p1255-1261,The Royal Society of Chemestry
发明内容
发明要解决的问题
在上述的以往的方法中，对于将需要进行化学处理的固相浸渍在溶液中的方法，无法应用于想要对固相表面位置选择性地实施处理的情况。
与此相对，对于使用分配器在固相表面将溶液以所需的图案进行绘制的方法，由于在制造技术方面、维护性的方面对分配器口径的缩小化存在限制，因此对于用于进行化学处理的分子的固定化面积的微小化具有限度。另外，通常排出口的数量为一个，难以排出供反应的两种以上的溶液。
另一方面，在使用微流控技术中的称为微流控探针、微量移液管的工具的情况下，考虑在溶液的排出口的旁边或两旁设置抽吸口，从而抑制溶液在固相表面扩散，因此比上述的方法更能够使图案细微化，但若使用该工具，由于抽吸口相对于排出口存在于一维方向上，因此对溶液向与该一维方向正交的方向的扩散的抑制效果具有限制性，而存在难以在全方位上防止所谓的“渗出”的问题。
本发明即是鉴于这样的情况而做成的，其课题在于提供一种提高溶液中的分子相对于固相表面的固定化的效率、且可靠地抑制排出到固相表面的溶液的扩散从而能够使固定化面积微小化的、位置选择性的细微图案化用表面化学处理装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的细微图案化用表面化学处理装置为一种用于对置于气相或液相中的固相的表面实施所需图案的化学处理的装置，其特征在于，该细微图案化用表面化学处理装置包括：第1管路，其一端开口，另一端与液体供给单元连通；第2管路，其一端以包围该第1管路的开口的周围的方式开口，另一端与液体抽吸单元连通；以及移动机构，在使该第1管路的开口和该第2管路的开口在上述气相或上述液相中与上述固相的表面相对的状态下，该移动机构使各上述开口与上述固相进行相对移动，自上述液体供给单元向上述第1管路内供给用于与上述固相的表面反应而对该表面进行化学处理的图案化溶液，使该图案化溶液自该第1管路的开口排出，并且一边利用上述液体抽吸单元的驱动经由上述第2管路的开口而将自上述第1管路的开口排出的图案化溶液与上述气相或上述液相一起抽吸，一边使上述第1管路的开口和上述第2管路的开口与上述固相进行相对移动从而形成所需图案的化学处理区域(技术方案1)。
在此，在本发明中，能够优选采用的是，该细微图案化用表面化学处理装置包括鞘液供给用管路，该鞘液供给用管路用于通过朝向上述第1管路供给鞘液从而在该第1管路中形成鞘液流而使上述图案化溶液聚集在中央(技术方案2)。
另外，在本发明中，能够设为，上述移动机构为用于使各上述开口与上述固相在三维方向上相对移动的机构，按照由设定单元预先设定的路径使上述开口与上述固相进行相对移动(技术方案3)。
另外，在本发明中，能够采用的是，上述第1管路和上述第2管路、或上述第1管路和上述第2管路以及上述鞘液供给用管路由使用Si形成的结构体构成(技术方案4)。
本发明通过将溶液的排出口附近设为双重管构造，并一边自其内管将溶液排出一边由外管对溶液进行抽吸来解决课题。
即，使在一端开口的第1管路的另一端与液体供给单元连通，以包围该第1管路的开口的周围的方式使第2管路的一端开口，使该第2管路的另一端与液体抽吸单元连通。然后，通过在使第1管路的开口和第2管路的开口在覆盖需要图案化的固相表面的气相或液相中与该固相表面相对的状态下同时驱动液体供给单元和液体抽吸单元，从而在自第1管路的开口将图案化溶液排出的同时自第2管路的位于第1管路的开口的周围的开口对图案化溶液和气相或液相进行抽吸。
通过以上的动作，使自第1管路的开口朝向固相表面排出的图案化溶液自第1管路的开口的周围的全方位被抽吸，其结果，能够在全方位上防止图案化溶液在固相表面上“渗出”。由此，能够在固相表面的极微小面积的区域内将溶液中的溶质浓缩并固定化，相比于以往装置、方法，提高了固定化的效率。即，根据本发明，能够提高溶液中的溶质在固相表面固定化的效率，并且能够使固定化的面积微小化，能够高效地实现细微的图案用的表面化学处理装置。
通过使用本发明的装置，能够在玻璃原材料、硅基板上的任意的位置基于任意的细微图案构建具有与目标所对应的功能的分子。
另外，能够在金属膜上形成具有硫醇基的分子的图案，还能够在金属膜上的特定位置形成其他的分子。
而且，在技术方案2所涉及的发明中，对第1管路供给鞘液而形成鞘液流，使图案化溶液在第1管路中聚集在中央。因而，在该技术方案2所涉及的发明中，自第1管路的开口排出的图案化溶液成为比该第1管路的开口细的液流并到达固相表面，从而能够实现更细微的图案化。根据利用了该鞘液流的结构，即使在管路的制造技术方面、维护性的方面对第1管路的开口直径的缩小化存在限制，也能够使分子的固定化面积更进一步微小化。
为了图案化而使第1管路的开口和第2管路的开口与固相进行相对移动的移动机构如技术方案3所涉及的发明那样，在采用按照由设定单元设定的路径使第1管路的开口和第2管路的开口与固相移动的机构时，在相同固相或多个固相表面上形成互相等效的图案方面是有用的，此时，第1管路的开口和第2管路的开口与固相的相对移动除了沿固相表面的二维方向以外，由于第1开口和第2开口与固相表面之间的距离成为影响图案化的线宽的因素，因此优选各开口与固相表面向互相接近/分开的方向的相对移动也一同按照所设定的那样进行。通过采用这样的按照所设定的那样使各开口与固相表面相对移动的移动机构，还能够应用于这样的用途：在一个固相表面上使用某溶液将分子固定化之后，以相对于该固定化的图案具有固定的位置关系或重叠的方式，使用其他的溶液将其他的分子固定化。
而且，在本发明中，可以将第1管路和第2管路、或第1管路和第2管路以及鞘液供给用管路由例如玻璃制品等形成，或各种树脂形成，但通过如技术方案4所涉及的发明那样地设为使用了Si的结构体，更容易使图案细微化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的基本结构的示意图。
图2是表示本发明的其他实施方式的主要部位结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的基本的实施方式的结构的示意图。
需要对表面实施图案化处理的玻璃原材料、硅基板等的固相1以利用保持构件(省略图示)保持的方式配置在容纳有气相或液相、在该例子中为液相2的容器3内，在浸渍在液相2内的状态下被供于处理。容器3固定在载置台4上。载置台4在移动机构21的驱动作用下向沿着固相1的表面的x，y方向以及与x，y方向正交的z方向移动。该移动机构21被置于控制部22的控制下，控制部22控制移动机构21，以使载置台4按照由设定部23设定并存储于存储部24的移动路径移动。另外，控制部22、设定部23以及存储部24能够由计算机及其外围设备构成。
在载置台4的上方设有双重管，该双重管包括第1管路11、和以包围第1管路11的外侧的方式配置的第2管路12。在第1管路11的一端(下端)形成有开口部11a，在第2管路12的一端(下端)形成有开口部12a，该各开口部11a、12a在浸渍在液相2内的状态下与固相1的表面相对。
第1管路11的另一端(上端)部11b经由配管13连通于注入用泵14的排出口14a，该注入用泵14的抽吸口14b连接于用于储存图案化溶液31的图案化溶液槽(省略图示)。图案化溶液31用于使溶质32溶解在溶剂33中，溶剂33可以使用与容器3中的液相2相同的液体。
第2管路12的另一端(上端)部12b经由配管15连通于排出用泵16的抽吸口16a，该排出用泵16的排出口16b连通于液体排出口(省略图示)。
在说明以上的实施方式的作用时，在实际驱动装置之前，通过设定部23的操作，从而根据需要在固相1的表面上绘制的图案来预先设定载置台4的移动路径。该设定内容存储于存储部24。
在向装置发出驱动开始指令时，驱动注入用泵14和排出用泵16这两者，并且基于存储于存储部24的移动路径对移动机构21进行驱动控制从而使载置台4移动。通过注入用泵14的驱动，图案化溶液31流入第1管路11内，并自第1管路11的下端的开口部11a朝向固相1而向管外流出。通过该图案化溶液31的流出，溶解于溶剂33的溶质32在固相1的表面基于所需的图案被固定化，从而利用溶质32形成图案化区域34。此时，由于还驱动了排出用泵16，因此如附图中箭头A所示，自第1管路11的开口部11a流出的图案化溶液31中的溶剂33的一部分、和溶质32的一部分被第2管路12的以包围开口部11a的周围的方式位于开口部11a的周围的开口部12a抽吸，同时周围的液相2也如箭头B所示地被管路12的开口部12a抽吸。
根据这样的动作，由于自第1管路11的开口部11a排出的图案化溶液31被第2管路12的以包围开口部11a的周围的方式位于开口部11a的周围的开口部12a抽吸，因此，能够在固相1表面上的全方位上抑制溶质32在与固相1的表面相接触并被固定化的图案化区域34的扩散从而防止“渗出”，其结果，能够在极微小的区域内将溶质32浓缩并固定化，从而提高固定化的效率。
说明使用以上的实施方式制作了微反应器的例子。在该例子中，微反应器为仅在玻璃制的毛细板的作为目标的表面绘制了温度响应性高分子的构造，为在该毛细板的毛细部分固定物质A并自温度响应性高分子侧使物质B反应的微反应器，是一种能够通过对温度响应性高分子的亲水性控制(拉普拉斯压力(ラプラス圧)控制)而仅在任意的部位进行物质A和物质B的反应的反应器。
在毛细板的作为目标的表面绘制了温度响应性高分子的构造中，能够位置选择性地进行基于温度的透射性控制。即，在高于转变温度的温度下，表面成为疏水性，因而成为不透射，在低于转变温度的温度下，表面成为亲水性，因而进行透射。主要在于，在将水用作溶剂的情况下，拉普拉斯压力变得能够控制，而能够使毛细板作为赋予了开关功能的微反应器进行动作。
在制作以上这样的微反应器时，首先，将溴基(利用异丙酰胺等)导入毛细板的表面，将该毛细板浸在含有1％～5％的N，N，N’，N”，N”-五甲基二亚乙基三胺、以及0.1％～5％的溴化亚铜(I)的甲醇：DMF(1：1)(以下将其称为溶剂1)中。
接着，设定为向上述的本发明的实施方式的第1管路11内供给将0.1％～5％N-异丙基丙烯酰胺由上述的溶剂1稀释而成的溶液(以下称为试剂1)，使该第1管路11的开口11a靠近毛细板的表面的作为目标的位置。自第1管路11的开口11a以每分钟1μL～100μL的比例排出试剂1，自第2管路12的开口12a以每分钟1μL～500μL抽吸溶剂1和试剂1，从而对目标位置附近进行化学改性。通过利用载置台4的驱动而使毛细板和第1管路11、第2管路12沿x、y方向进行相对移动，从而也能够在任意区域绘制图案。上述步骤在氮气气氛下实施。
由此，能够仅向毛细板的作为目标的表面导入温度响应性高分子。
接着，说明本发明的其他的实施方式。图2是表示本发明的其他的实施方式的主要部位结构的示意图，对与图1所示的构件相同的构件标注相同的附图标记并省略说明。
该图2的实施方式的特征在于：在第1管路11的上端部附近设有鞘形成口51，在该鞘形成口51连接有鞘液供给用管路52的一端。鞘液供给用管路52的另一端连通于鞘液供给用泵53的排出口53a，该鞘液供给用泵53的吸入口53b连通于用于储存鞘液35的鞘液槽(省略图示)。利用该鞘液供给用泵53的驱动，使鞘液35流入第1管路11内，形成包含图案化溶液31和鞘液35在内的鞘液流，从而使图案化溶液31的流动聚集在第1管路11的中心。因而，自第1管路11的下端的开口部11a流出的图案化溶液31成为比该开口部11a的口径细的液流，通过驱动排出用泵16，从而使溶质32的一部分、和混合有液相2的鞘液35及溶剂33的一部分被从第2管路12的开口部12a抽吸而排出。
根据利用了该鞘液流的结构，相比于之前的例子，能够进一步使图案细微化，特别是，即使对第1管路11的开口部11a的口径在制造技术方面、维护方面存在限制，也能够绘制比该口径细微的线。
在此，在以上的各实施方式中，为了方面说明，表示了第1管路11、第2管路12以及鞘液供给用管路52等使用了玻璃管、树脂管等的情况，但本发明并不限定于此，除了使用这些材质的管体以外，还可以使用MEMS技术以具有与上述构造等效的构造的Si制的结构体构成，在该情况下，能够期待图案化的更进一步的细微化。
另外，在上述的实施方式中，表示了通过使搭载了需要在表面实施图案化的固相的载置台移动从而进行图案化的例子，当然，本发明也能够采用具有将固相侧固定并使第1管路侧、第2管路侧移动的机构的结构。
产业上的可利用性
本发明能够在例如玻璃原材料、硅基板上的任意的位置基于任意的图案构建作为目标的分子，能够作为用于对使用了溶液的固相表面进行细微图案的表面化学处理的装置有效地使用，该表面化学处理为例如制作细微的各种传感器、传感器阵列、或在金属膜上利用具有巯基的分子进行图案化、或在金属膜上的特定部位利用其他的分子进行图案化等。
附图标记说明
1、固相；2、液相(或气相)；3、容器；4、载置台；11、第1管路；12、第2管路；13、配管；14、注入用泵；15、配管；16、排出用泵；21、移动机构；22、控制部；23、设定部；24、存储部；31、图案化溶液；32、溶质；33、溶剂；34、图案化区域；35、鞘液；51、鞘形成口；52、鞘液供给用管路；53、鞘液供给用泵。

Claims (4)

1.一种细微图案化用表面化学处理装置，其用于对置于气相或液相中的固相的表面实施所需图案的化学处理，其特征在于，
该细微图案化用表面化学处理装置包括：第1管路，其一端开口，另一端与液体供给单元连通；第2管路，其一端以包围该第1管路的开口的周围的方式开口，另一端与液体抽吸单元连通；以及移动机构，在使该第1管路的开口和该第2管路的开口在上述气相或上述液相中与上述固相的表面相对的状态下，该移动机构使各上述开口与上述固相进行相对移动，
自上述液体供给单元向上述第1管路内供给用于与上述固相的表面反应而对该表面进行化学处理的图案化溶液，使该图案化溶液自该第1管路的开口排出，并且一边利用上述液体抽吸单元的驱动经由上述第2管路的开口而将自上述第1管路的开口排出的图案化溶液与上述气相或上述液相一起抽吸，一边使上述第1管路的开口和上述第2管路的开口与上述固相进行相对移动从而形成所需图案的化学处理区域。
2.根据权利要求1所述的细微图案化用表面化学处理装置，其特征在于，
该细微图案化用表面化学处理装置包括鞘液供给用管路，该鞘液供给用管路用于通过朝向上述第1管路供给鞘液从而在该第1管路中形成鞘液流而使上述图案化溶液聚集在中央。
3.根据权利要求1或2所述的细微图案化用表面化学处理装置，其特征在于，
上述移动机构为用于使各上述开口与上述固相在三维方向上相对移动的机构，按照由设定单元预先设定的路径使上述开口与上述固相进行相对移动。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的细微图案化用表面化学处理装置，其特征在于，
上述第1管路和上述第2管路、或上述第1管路和上述第2管路以及上述鞘液供给用管路由使用Si形成的结构体构成。
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