JP2001252900A - Nano-tweezers, and nano-manipulator device using the same - Google Patents

Nano-tweezers, and nano-manipulator device using the same

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JP2001252900A
JP2001252900A JP2000112767A JP2000112767A JP2001252900A JP 2001252900 A JP2001252900 A JP 2001252900A JP 2000112767 A JP2000112767 A JP 2000112767A JP 2000112767 A JP2000112767 A JP 2000112767A JP 2001252900 A JP2001252900 A JP 2001252900A
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nanotubes
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pyramid
voltage
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喜萬 中山
Akio Harada
昭雄 原田
Takashi Okawa
大川  隆
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Daiken Kagaku Kogyo KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pair of nano-tweezers capable of grasping and releasing nano-substance by nano-sizing constitution of parts, and a nano-manipulator device using that. SOLUTION: This pair of nano-tweezers 2 comprises plural nano-tubes 8, 9 protruded from a holder 6 with a base end part fixed, a coating film insulation-coating the surface of the nano-tubes 8, 9, and lead wires 10, 10 connected to the nanotubes 8, 9 in it, so a voltage is applied between the lead wires 10, 10 for freely opening or closing tips of the nano-tubes 8, 9 by static attraction for grasping nano-substance between them. Otherwise, a piezoelectric film 32 is formed on the surface of the nano-tube 9, so the piezoelectric film 32 is expanded or contracted by application of a voltage to the piezoelectric film 32 for freely opening or closing the tips of the nano-tubes 8, 9 for handling nano-substance of insulator, semiconductor or conductor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はナノオーダーサイズ
の物質(以後、ナノ物質という)を把持したり外したり
できるナノピンセットに関し、またナノ物質を移動・積
み上げてナノサイズ部品、ナノ分子デバイス等を組み立
てることができるナノマニピュレーター装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to nanotweezers capable of holding and removing a nano-order size substance (hereinafter referred to as a nano substance). The present invention relates to a nanomanipulator device that can be assembled.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の技術開発はますます極小領域に指
向している。例えば、光・電子情報関連の新素材やナノ
サイズ部品の創製、細胞やタンパク質の集積による新し
いバイオ関連機能物質の創製のように、ナノ領域におけ
る革新的な製造技術の開発が要望されている。
2. Description of the Related Art In recent years, technological development has been increasingly directed to a very small area. For example, there is a demand for the development of innovative manufacturing technologies in the nano domain, such as creation of new materials and nano-sized components related to optical and electronic information, and creation of new bio-related functional materials by accumulating cells and proteins.

【0003】このようにナノ物質を移動し積み上げるこ
とができるためには、ナノ物質を把持したりそれを放出
したりできるナノピンセットの開発が必要になる。この
ナノピンセットの第1原型は、Philip Kimと
Charles M.Lieberにより1999年1
2月10日に発行されたサイエンス誌上に発表された。
図12〜図14はこのナノピンセットの製造工程図であ
る。
In order to move and stack nanomaterials in this way, it is necessary to develop nanotweezers capable of gripping and releasing nanomaterials. The first prototype of this nanotweezer was developed by Philip Kim and Charles M. By Lieber, January 1999
It was published in the science magazine published on February 10.
FIGS. 12 to 14 are manufacturing process diagrams of the nanotweezers.

【0004】図12はテーパー加工されたガラスチュー
ブ80先端の側面図であり、この先端直径は約100n
m、図示しない後端直径は1mmである。図13はナノ
ピンセットの完成図である。前記ガラスチューブ80の
周面に絶縁部82を介して二つの金電極膜84a、84
bを形成する。この金電極膜にそれぞれカーボンナノチ
ューブ86a、86bを突設状に固定して、ナノピンセ
ット88が完成される。
FIG. 12 is a side view of the tip of a glass tube 80 which has been tapered, and has a diameter of about 100 n.
m, the rear end diameter not shown is 1 mm. FIG. 13 is a completed view of the nanotweezers. The two gold electrode films 84a and 84 are formed on the peripheral surface of the glass tube 80 via an insulating portion 82.
b is formed. The carbon nanotubes 86a and 86b are fixed to the gold electrode film in a projecting manner, respectively, to complete the nanotweezers 88.

【0005】図14はナノピンセットに電圧を印加する
概要図である。金電極膜84a、84bには接点90
a、90bからリード線92a、92bが導出され、直
流電源94の両端に結線されている。直流電源94の電
圧を印加すると、カーボンナノチューブ86aは正極に
帯電し、カーボンナノチューブ86bは負極に帯電す
る。これらの正負の静電引力により、カーボンナノチュ
ーブ86a、86bの先端は内方に閉じ、この間にナノ
物質96を挟んで挟持することができる。
FIG. 14 is a schematic diagram of applying a voltage to nanotweezers. Contact points 90 are provided on the gold electrode films 84a and 84b.
Lead wires 92a and 92b are led out from the terminals 90a and 90b, and are connected to both ends of the DC power supply 94. When the voltage of the DC power supply 94 is applied, the carbon nanotube 86a is charged to the positive electrode, and the carbon nanotube 86b is charged to the negative electrode. Due to these positive and negative electrostatic attraction, the tips of the carbon nanotubes 86a and 86b are closed inward, and the nano material 96 can be sandwiched therebetween.

【0006】電圧を大きくするとカーボンナノチューブ
は更に閉じるから、より小さなナノ物質を挟持できる。
電圧をゼロにすると静電引力は無くなり、カーボンナノ
チューブ86a、86bの弾性復元力により図13の状
態に戻って、ナノ物質96を放出する。このように電圧
の大小制御だけでナノピンセット88の開閉制御を行え
る利点を有し、ナノピンセットとして画期的なものであ
る。
When the voltage is increased, the carbon nanotubes are further closed, so that smaller nanomaterials can be sandwiched.
When the voltage is reduced to zero, the electrostatic attraction disappears, and the state returns to the state shown in FIG. 13 due to the elastic restoring force of the carbon nanotubes 86a and 86b, and the nano substance 96 is released. As described above, there is an advantage that the opening and closing of the nanotweezers 88 can be controlled only by controlling the magnitude of the voltage, and this is a revolutionary nanotweezer.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このナノピン
セット88は次のような欠点を有している。第1に、ガ
ラスチューブ80をテーパー状にその先端を100nm
まで微細加工しているから、強度的に弱くしかも脆い。
第2に、金電極膜84a、84bをガラスチューブ80
の全長に亘って形成し、ガラスチューブの直径が大きく
なった後端部に接点90a、90bを設けてリード線9
2a、92bを介して電源94に接続している。即ち、
リード線がかなり太いので、ガラスチューブの拡径した
後端部に電気接点を設けざるを得ない。そのために、金
電極膜をガラスチューブの全長に形成するという困難さ
と効率の悪さがある。
However, this nanotweezer 88 has the following disadvantages. First, the tip of the glass tube 80 is tapered to 100 nm.
Since it is finely processed, it is weak and brittle in terms of strength.
Second, the gold electrode films 84a and 84b are
Are formed over the entire length of the lead wire, and contacts 90a and 90b are provided at the rear end where the diameter of the glass tube is increased to form a lead wire 9a.
The power supply 94 is connected via 2a and 92b. That is,
Since the lead wire is quite thick, an electrical contact must be provided at the rear end of the glass tube whose diameter has been increased. Therefore, there is difficulty and inefficiency in forming the gold electrode film over the entire length of the glass tube.

【0008】第3の欠点は、カーボンナノチューブに正
負の電気を蓄積して、それらの静電引力によりカーボン
ナノチューブを開閉制御することである。ナノ物質96
が電気絶縁体や半導体の場合には静電引力を利用できる
が、ナノ物質が導電体の場合には、カーボンナノチュー
ブの両端が電気的にショートしてしまい、静電引力が作
用しなくなる。また、ショート時にナノ物質を電気的に
破壊してしまう危険性もある。従って、ナノピンセット
の使用が制限され、使用に際し常に注意深くなければな
らない弱点があった。
A third disadvantage is that positive and negative electricity is accumulated in the carbon nanotubes, and the opening and closing of the carbon nanotubes is controlled by their electrostatic attraction. Nano substance 96
When the nanomaterial is a conductor, the ends of the carbon nanotubes are electrically short-circuited, so that the electrostatic attraction does not work. In addition, there is a risk that the nanomaterial may be electrically destroyed in the event of a short circuit. Therefore, the use of nanotweezers is limited, and there is a weak point that always requires careful use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ホル
ダーに基端部を固定して突設された複数のナノチューブ
と、これらのナノチューブ表面を絶縁被覆するコーティ
ング被膜と、この中の2本のナノチューブに連結された
リード線からなり、このリード線間に電圧を印加して静
電引力により前記2本のナノチューブの先端間を開閉自
在に設けることを特徴とするナノピンセットである。
According to the first aspect of the present invention, there are provided a plurality of nanotubes having a base end fixed to a holder and projecting therefrom; a coating film for insulatingly covering the nanotube surface; A nanotweezer, comprising a lead wire connected to two nanotubes, wherein a voltage is applied between the lead wires to open and close the tip of the two nanotubes by electrostatic attraction.

【0010】請求項2の発明は、カンチレバーに突設さ
れたピラミッド部と、このピラミッド部に基端部を固定
して突設された複数のナノチューブと、この中の2本の
ナノチューブに連結されたリード線からなり、このリー
ド線間に電圧を印加して静電引力により前記2本のナノ
チューブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とする
ナノピンセットである。
According to a second aspect of the present invention, a pyramid protruding from a cantilever, a plurality of nanotubes protruding from the pyramid with a base end fixed thereto, and two nanotubes connected thereto are connected. A nanotweezer, comprising a lead wire, a voltage applied between the lead wires, and a tip between the two nanotubes is provided to be openable and closable by electrostatic attraction.

【0011】請求項3の発明は、ホルダーに基端部を固
定して突設された複数のナノチューブと、この中の少な
くとも1本のナノチューブの表面に形成された圧電膜か
らなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ
前記ナノチューブの先端間を開閉自在に設けることを特
徴とするナノピンセットである。
The invention according to claim 3 comprises a plurality of nanotubes protruding from the holder with the base end fixed, and a piezoelectric film formed on the surface of at least one of the nanotubes. A nano-tweezer, wherein a voltage is applied to the piezoelectric film to expand and contract the piezoelectric film to provide a free opening and closing between the tips of the nanotubes.

【0012】請求項4の発明は、前記ホルダーはカンチ
レバーのピラミッド部である請求項3記載のナノピンセ
ットである。
The invention according to claim 4 is the nanotweezer according to claim 3, wherein the holder is a pyramid of a cantilever.

【0013】請求項5の発明は、カンチレバーのピラミ
ッド部を構成する変形可能な複数のピラミッド片と、少
なくとも1個のピラミッド片の側面に形成された圧電膜
からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮さ
せ、ピラミッド片を可撓自在にしてナノチューブの先端
間を開閉することを特徴とするナノピンセットである。
According to a fifth aspect of the present invention, there are provided a plurality of deformable pyramid pieces constituting a pyramid portion of a cantilever, and a piezoelectric film formed on a side surface of at least one pyramid piece, and a voltage is applied to the piezoelectric film. The nano tweezers are characterized in that the piezoelectric film is expanded and contracted to make the pyramid pieces flexible so as to open and close between the tips of the nanotubes.

【0014】請求項6の発明は、前記圧電膜を絶縁被覆
する請求項3、4又は5記載のナノピンセットである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the nanotweezer according to the third, fourth or fifth aspect, wherein the piezoelectric film is insulated.

【0015】請求項7の発明は、請求項1乃至6記載の
ナノピンセットと、このナノピンセットを試料に対しX
YZ方向に移動制御する3次元駆動機構とから構成さ
れ、ナノピンセットでナノ物質を試料に搬送制御するこ
とを特徴とするナノマニピュレーター装置である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a nanotweezer according to any one of the first to sixth aspects, and the nanotweezer is applied to the sample with X
A nanomanipulator device comprising a three-dimensional drive mechanism that controls movement in the YZ directions, and controls transfer of a nanomaterial to a sample using nanotweezers.

【0016】請求項8の発明は、ナノピンセットを構成
する少なくとも1本のナノチューブを走査型プローブ顕
微鏡用の探針として用いる請求項7記載のナノマニピュ
レータ装置である。
The invention according to claim 8 is the nanomanipulator device according to claim 7, wherein at least one nanotube constituting nanotweezers is used as a probe for a scanning probe microscope.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明者らは耐久性を有するナノ
ピンセットを開発するために鋭意研究した結果、前述し
たナノチューブを利用した静電引力方式のナノピンセッ
トを改良することに成功し、また更に高性能の圧電膜方
式のナノピンセットを開発することにも成功するに至っ
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies to develop durable nanotweezers, and as a result, have succeeded in improving the above-mentioned electrostatic attraction type nanotweezers using nanotubes. We have also succeeded in developing a high-performance piezoelectric film type nanotweezer.

【0018】まず、従来の静電引力方式ナノピンセット
の弱点は、把持するナノ物質が導電性の場合に、ナノチ
ューブ間が電気的にショートしてピンセット機能を喪失
し、破断のおそれがあったことである。この欠点を改善
するために、ナノチューブ表面に絶縁物質からなるコー
ティング被膜を形成して、接触時のショートを防止でき
るナノピンセットを提案する。このコーティング被膜を
ナノチューブに限らず他の配線部分にまで形成すれば、
ナノピンセット全体の絶縁性を高めることができる。こ
の絶縁処理はあらゆる構造の静電方式ナノピンセットに
適用できる。
First, the weak point of the conventional electrostatic attraction type nanotweezers is that when the nanomaterial to be gripped is conductive, the nanotubes are electrically short-circuited, the tweezer function is lost, and there is a risk of breakage. It is. In order to remedy this drawback, we propose a nano-tweezer which can prevent a short circuit at the time of contact by forming a coating film made of an insulating material on the nanotube surface. If this coating film is formed not only on nanotubes but also on other wiring parts,
The insulation of the entire nanotweezers can be improved. This insulating treatment can be applied to electrostatic nanotweezers of any structure.

【0019】従来の第2の弱点は、先細のガラス管にナ
ノチューブを固定しているので、強度が弱く脆いことで
ある。この欠点を改善するために、ナノチューブのホル
ダーとして、AFM(原子間力顕微鏡)用のカンチレバ
ーのピラミッド部を利用する提案をする。このピラミッ
ド部はシリコンや窒化シリコン製であるから電気絶縁性
を有し、しかも強度が従来のガラスチューブと比較して
大幅に高い。
The second conventional weak point is that the strength is weak and brittle because the nanotube is fixed to the tapered glass tube. In order to improve this drawback, a proposal is made to utilize a pyramid portion of a cantilever for an AFM (atomic force microscope) as a nanotube holder. Since the pyramid portion is made of silicon or silicon nitride, it has an electrical insulating property, and its strength is much higher than that of a conventional glass tube.

【0020】前記二つの発明をカンチレバーを用いて総
合的に説明する。ピラミッド部の頂点近傍に、2本のナ
ノチューブの基端部を固定し、先端部を突出させる。こ
の固定方法には2種類ある。第1は電子顕微鏡内で基端
部近傍を電子ビーム照射する。この照射によって、基端
部を被覆するようにカーボン膜やCVD膜をコーティン
グ被膜として形成する。このコーティング被膜が基端部
を押さえてナノチューブを強固に固定する。第2は基端
部を直接電子ビーム照射すると、基端部がピラミッド部
表面に融着する。この融着部がナノチューブを固定す
る。
The above two inventions will be described comprehensively using a cantilever. The bases of the two nanotubes are fixed near the apex of the pyramid, and the tips protrude. There are two types of this fixing method. First, the vicinity of the base end is irradiated with an electron beam in an electron microscope. By this irradiation, a carbon film or a CVD film is formed as a coating film so as to cover the base end. The coating film holds down the base end and firmly fixes the nanotube. Second, when the base end is directly irradiated with the electron beam, the base end is fused to the surface of the pyramid. This fusion part fixes the nanotube.

【0021】次に、ナノチューブの基端部にリード線を
配線する。本発明ではリード線としてナノチューブやC
VD(化学的気相蒸着法)による金属配線などが利用で
きる。例えば、ナノチューブは強度が強くて柔軟性が極
めて高い素材であり、太さや長さも各種存するからナノ
サイズのリード線として最適である。また、CVD法に
より金属原子を配線状に微小形成することもできる。
Next, a lead wire is connected to the base end of the nanotube. In the present invention, nanotubes and C
Metal wiring by VD (chemical vapor deposition) can be used. For example, a nanotube is a material having high strength and extremely high flexibility, and since it has various thicknesses and lengths, it is most suitable as a nano-sized lead wire. Further, metal atoms can be minutely formed in a wiring shape by a CVD method.

【0022】ナノチューブリード線の一端を前記基端部
に接触させ、この接点を電子ビーム照射してスポット溶
接的にピラミッド部に一体固定する。ナノチューブリー
ド線の他端は他のナノチューブリード線に結線しても良
いし、カンチレバーに形成された電極膜に結線しても良
い。またCVDリード線は基端部やピラミッド部表面に
固定しながら形成できる。
One end of the nanotube lead wire is brought into contact with the base end, and this contact is irradiated with an electron beam and fixed integrally to the pyramid by spot welding. The other end of the nanotube lead may be connected to another nanotube lead, or may be connected to an electrode film formed on the cantilever. Further, the CVD lead wire can be formed while being fixed to the base end or the surface of the pyramid.

【0023】これらのリード線を形成してから、ナノチ
ューブ表面、ナノチューブの基端部領域、リード線全体
に絶縁材からなるコーティング被膜を形成する。ナノチ
ューブ表面の被膜形成により、静電方式におけるショー
トを防止できる。同時に、配線全体の被膜形成により、
ナノピンセット全体をショート等から保護することがで
きる。また、生体液などの電解質溶液中でナノピンセッ
トを操作しても漏電することはない。コーティング被膜
の形成は電子ビーム照射法やCVD法が利用できる。
After forming these lead wires, a coating film made of an insulating material is formed on the nanotube surface, the base end region of the nanotube, and the entire lead wire. By forming a film on the nanotube surface, a short circuit in the electrostatic method can be prevented. At the same time, by forming a coating on the entire wiring,
The entire nanotweezer can be protected from a short circuit or the like. In addition, even if the tweezers are operated in an electrolyte solution such as a biological fluid, there is no leakage. For forming the coating film, an electron beam irradiation method or a CVD method can be used.

【0024】カンチレバーの電極膜と外部電源回路との
結線は、カンチレバーが比較的大きいので、光学顕微鏡
またが光学的拡大鏡下で行うことができる。外部電源回
路は電源と電圧制御回路と電気スイッチから構成され
る。電圧制御回路により印加電圧を自在に調整すれば、
ナノチューブ先端間の開度を任意に調整でき、ナノ物質
のサイズに応じてナノピンセットを開閉制御できる。
The connection between the electrode film of the cantilever and the external power supply circuit can be made under an optical microscope or an optical magnifier because the cantilever is relatively large. The external power supply circuit includes a power supply, a voltage control circuit, and an electric switch. If the applied voltage is freely adjusted by the voltage control circuit,
The degree of opening between the tips of nanotubes can be arbitrarily adjusted, and the opening and closing of nanotweezers can be controlled according to the size of the nanomaterial.

【0025】また、静電引力方式と全く異なる圧電膜方
式のナノピンセットを開発した。この圧電膜方式は圧電
膜の伸縮によりナノチューブを可撓自在にし、これによ
りナノチューブ先端間を開閉させるものである。従っ
て、ナノチューブ間に電流が流れないので、ナノ物質の
電気物性に拘わらずナノピンセットを機能させることが
できる。
Further, a nano tweezer of a piezoelectric film type completely different from the electrostatic attraction type has been developed. In the piezoelectric film method, the nanotubes are made flexible by expansion and contraction of the piezoelectric film, thereby opening and closing the tip of the nanotube. Therefore, no current flows between the nanotubes, so that the nanotweezers can function regardless of the electrical properties of the nanomaterial.

【0026】この圧電膜方式では、ナノチューブのホル
ダーとして、AFMやSTM(トンネル顕微鏡)に限ら
ず、広範囲のSPM(走査型プローブ顕微鏡)に用いら
れる探針が用いられる。SPMの探針はナノチューブと
比較するとサイズ的にかなり大きく、2本のナノチュー
ブを固定するには十分な大きさを有する。最も有効なホ
ルダーは前述したAFM用のカンチレバーのピラミッド
部である。以下では、このカンチレバーで説明する。
In this piezoelectric film system, a probe used for a wide range of SPM (scanning probe microscope) is used as a nanotube holder, not limited to AFM or STM (tunnel microscope). The probe of the SPM is considerably large in size as compared with the nanotube, and is large enough to fix two nanotubes. The most effective holder is the pyramid of the cantilever for AFM described above. In the following, description will be made using this cantilever.

【0027】まず、カンチレバーのピラミッド部に2本
のナノチューブの基端部を固定する。このとき、2本の
ナノチューブの先端部は相互に接触させるようにしてお
く。つまり、先端が接触した状態で固定する。固定方法
には前述したコーティング被膜法と融着法がある。どち
らの固定方法でも良い。
First, the base ends of the two nanotubes are fixed to the pyramid of the cantilever. At this time, the tips of the two nanotubes are brought into contact with each other. That is, it is fixed in a state where the tip is in contact. The fixing method includes the above-mentioned coating film method and fusion method. Either fixing method may be used.

【0028】次に、2本のナノチューブのどちらか1本
の表面に圧電膜を形成する。圧電膜はピエゾ素子とも呼
ばれ、電圧を印加すると収縮する性質を有する。電圧を
可変にすると、収縮量も変化する。圧電膜が収縮する
と、それが固着しているナノチューブが開くように撓
む。従って、最初ナノチューブ先端は閉じているが、電
圧を印加して先端を開き、この開いた状態でナノ物質を
把持する。更に電圧を大きくして開度を増大させると、
ナノ物質は放出される。分子間力でナノ物質がナノチュ
ーブから離脱しない場合には、試料とナノピンセット間
に電圧を印加して電気的に放出することもできる。
Next, a piezoelectric film is formed on one of the surfaces of the two nanotubes. The piezoelectric film is also called a piezo element, and has a property of contracting when a voltage is applied. When the voltage is made variable, the amount of contraction also changes. When the piezoelectric film shrinks, it flexes so that the nanotube to which it is fixed opens. Therefore, although the tip of the nanotube is initially closed, a voltage is applied to open the tip, and the nano material is gripped in this open state. When the opening is increased by further increasing the voltage,
The nanomaterial is released. If the nanomaterial does not detach from the nanotube due to the intermolecular force, a voltage may be applied between the sample and the nanotweezers to electrically discharge the nanomaterial.

【0029】圧電膜の両端にはナノチューブリード線の
一端を結線し、他端は他のナノチューブリード線に結合
しても良いし、前述したようにカンチレバーの電極膜に
結線しても良い。勿論、CVDリード線も利用できる。
そして、この電極膜から外部電源回路に接続する。外部
電源回路は電源と電圧制御回路と電気スイッチから構成
され、その作用は前述の通りである。
One end of a nanotube lead wire is connected to both ends of the piezoelectric film, and the other end may be connected to another nanotube lead wire, or may be connected to the electrode film of the cantilever as described above. Of course, CVD leads can also be used.
Then, the electrode film is connected to an external power supply circuit. The external power supply circuit includes a power supply, a voltage control circuit, and an electric switch, and the operation is as described above.

【0030】2本のナノチューブに圧電膜を形成しても
良い。この場合には、2本のナノチューブを電圧印加で
撓ませることができるから、ナノチューブ先端の開度を
より大きく設定でき、ナノピンセットを高性能化でき
る。
A piezoelectric film may be formed on two nanotubes. In this case, since the two nanotubes can be bent by applying a voltage, the opening of the tip of the nanotube can be set larger, and the performance of the nanotweezers can be improved.

【0031】圧電膜をナノチューブ表面に形成する代わ
りに、ピラミッド部表面に形成する場合を考える。ピラ
ミッド部を例えば収束イオンビーム装置で刻み込み、刻
み部を介して2個のピラミッド片に分割する。各ピラミ
ッド片は可撓性を有するように厚み調整しておく。1個
のピラミッド片に1本のナノチューブを突設し、合計2
本のナノチューブを先端が接触するように突設する。一
方又は両方のピラミッド片の側面に圧電膜を形成し、前
述と同様に圧電膜の両端に電圧を印加して圧電膜を収縮
させる。この収縮によりピラミッド片が撓み、ナノチュ
ーブ先端が開く。後は、ナノ物質を把持したり放出する
ことによってナノピンセットとして機能する。
Consider a case in which the piezoelectric film is formed on the surface of the pyramid instead of being formed on the surface of the nanotube. The pyramid portion is cut, for example, by a focused ion beam device, and divided into two pyramid pieces through the cut portion. The thickness of each pyramid piece is adjusted so as to have flexibility. One nanotube protrudes from one pyramid piece, for a total of 2
The nanotubes are protruded so that the tips contact each other. A piezoelectric film is formed on the side surface of one or both pyramid pieces, and a voltage is applied to both ends of the piezoelectric film to contract the piezoelectric film as described above. This contraction causes the pyramid pieces to bend, opening the nanotube tip. After that, it functions as nanotweezers by grasping and releasing nanomaterials.

【0032】静電引力方式でも、圧電膜方式でもナノピ
ンセットに用いられるナノチューブは2本以上から構成
することもできる。例えば、3本のナノチューブを用い
ると、これら3本でナノ物質を把持することになる。3
本のうち2本を静電引力方式で開閉制御しても良いし、
2本に圧電膜を形成して2本を開閉制御しても良い。こ
れらの場合、残りの1本は補助ナノチューブとして機能
する。つまり、3本でナノ物質を把持するので、把持の
確実化を図ることができる。
In both the electrostatic attraction type and the piezoelectric film type, two or more nanotubes can be used for nanotweezers. For example, if three nanotubes are used, these three will grip the nanomaterial. Three
Two of the books may be controlled to open and close by an electrostatic attraction method,
Two piezoelectric films may be formed, and two may be opened and closed. In these cases, the remaining one functions as an auxiliary nanotube. In other words, since three nanomaterials are gripped, gripping can be reliably performed.

【0033】圧電膜方式においても、リード線で電圧印
加するから、圧電膜の表面とリード線を絶縁物質でコー
ティングすると、ショートの危険性がなくなる。従っ
て、電解質溶液内でのナノピンセット操作も可能にな
る。
Also in the piezoelectric film system, since a voltage is applied by a lead wire, if the surface of the piezoelectric film and the lead wire are coated with an insulating material, there is no danger of a short circuit. Therefore, the operation of nanotweezers in the electrolyte solution is also possible.

【0034】本発明のナノチューブとしては、カーボン
ナノチューブのみならず、BCN系ナノチューブやBN
系ナノチューブ等の一般のナノチューブが利用できる。
カーボンナノチューブはCNTとも略称され、カーボン
棒のアーク放電を利用して製造される。BCN系ナノチ
ューブはCNTのC原子の一部をB原子とN原子に置換
したものであり、BN系ナノチューブはC原子のほとん
ど全部をB原子とN原子に置換したものである。置換方
法として各種の方法が開発されている。
The nanotubes of the present invention include not only carbon nanotubes, but also BCN-based nanotubes and BN.
A general nanotube such as a system nanotube can be used.
Carbon nanotubes are also abbreviated as CNTs, and are manufactured using arc discharge of a carbon rod. BCN-based nanotubes are obtained by substituting a part of C atoms of CNT with B atoms and N atoms, and BN-based nanotubes are obtained by substituting almost all of C atoms by B atoms and N atoms. Various methods have been developed as replacement methods.

【0035】以下に、本発明に係るナノピンセット及び
これを用いたナノマニピュレータ装置の実施形態を図面
に従って詳細に説明する。図1は本発明のナノピンセッ
トを用いたナノマニピュレータ装置の作動説明図であ
る。ナノピンセット2はAFM用のカンチレバー4の先
端に突設されたピラミッド部6に2本のナノチューブ
8、9を突設して形成されている。これらのナノチュー
ブ8、9の基端部にはリード線10、10が設けられ、
カンチレバー4の左右側面に形成された電極膜12、1
2に結線されている。この電極膜12、12は電気スイ
ッチSW、電源P及び電圧制御回路VCに接続され、ナ
ノチューブ8、9に適切な電圧を印加する。
Hereinafter, embodiments of a nanotweezer and a nanomanipulator device using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of a nanomanipulator device using nanotweezers according to the present invention. The nanotweezers 2 are formed by projecting two nanotubes 8 and 9 on a pyramid 6 projecting from the tip of an AFM cantilever 4. Lead wires 10 and 10 are provided at the base ends of these nanotubes 8 and 9,
Electrode films 12, 1 formed on the left and right side surfaces of the cantilever 4.
2 is connected. The electrode films 12, 12 are connected to the electric switch SW, the power supply P, and the voltage control circuit VC, and apply an appropriate voltage to the nanotubes 8, 9.

【0036】2本のナノチューブ8、9は試料14に接
近して配置され、この試料14の表面には各種の多数の
ナノ物質16が配置されている。ナノチューブ8はナノ
チューブ9より長く下方に突設されている。従って、ナ
ノチューブ8はAFM用の探針としても利用できる。ま
ず、このナノチューブ8をAFM探針として3次元駆動
機構17により走査し、把持すべきナノ物質16の位置
と形状を確認する。
The two nanotubes 8 and 9 are arranged close to the sample 14, and various nano materials 16 are arranged on the surface of the sample 14. The nanotube 8 protrudes downward longer than the nanotube 9. Therefore, the nanotube 8 can also be used as a probe for AFM. First, the nanotube 8 is scanned by the three-dimensional drive mechanism 17 as an AFM probe to confirm the position and shape of the nanomaterial 16 to be gripped.

【0037】ナノチューブ8、9は電圧の印加により開
閉制御され、電圧の大きさにより開度が可変される。従
って、ナノチューブ8、9を開いてAFMで見当ををつ
けたナノ物質16を把持し、その状態で3次元駆動装置
Dにより矢印方向に沿ってナノ回路部18まで移動し、
ナノチューブ8、9を更に開いてナノ物質16を放出す
る。ファンデアワールス力でナノ物質がナノチューブか
ら離脱しない場合には、ナノピンセットとナノ回路部の
間に電圧を印加して、ナノ物質を静電引力で放出するこ
ともできる。ナノ回路部18の適所にナノ物質16を放
出することによってナノ回路18は望まれる構造に組み
立てられる。
Opening and closing of the nanotubes 8 and 9 are controlled by applying a voltage, and the opening degree is changed according to the magnitude of the voltage. Therefore, the nanotubes 8 and 9 are opened, the nanomaterial 16 which is registered by the AFM is gripped, and in this state, the nanomaterial 16 is moved by the three-dimensional driving device D along the direction of the arrow to the nanocircuit portion 18,
The nanotubes 8 and 9 are further opened to release the nanomaterial 16. If the nano material does not detach from the nanotube due to Van der Waals force, a voltage may be applied between the nano tweezers and the nano circuit unit to discharge the nano material by electrostatic attraction. By releasing the nanomaterial 16 into place in the nanocircuit portion 18, the nanocircuit 18 is assembled into the desired structure.

【0038】図2〜図4は本発明に係るナノピンセット
の第1実施形態を示す。図2はナノピンセット2の概略
正面図である。ピラミッド部6の先端には細くて長いナ
ノチューブ8と太くて短いナノチューブ9が基端部8
b、9bを固定して配置されている。ナノチューブの先
端部8aは先端部9aより下方に長く突設されており、
先端部8aがAFM用探針として活用できるように設定
されている。
FIGS. 2 to 4 show a first embodiment of a nanotweezer according to the present invention. FIG. 2 is a schematic front view of the nanotweezers 2. At the tip of the pyramid part 6, a thin and long nanotube 8 and a thick and short nanotube 9 are provided at a base end part 8.
b and 9b are fixedly arranged. The tip 8a of the nanotube is protruded downward from the tip 9a.
The tip 8a is set so that it can be used as an AFM probe.

【0039】前記基端部8b、9bは周辺への電子ビー
ム照射によってコーティング被膜11、11で被覆固定
される。また基端部8b、9bの上端にはナノチューブ
をリード線10、10として結線し、このリード線1
0、10の他端は図12の電極12、12に結線され
る。最後に、ナノチューブリード線10、10の表面に
もコーティング被膜11,11を形成して、これらのリ
ード線をピラミッド部6に固定する。コーティング被膜
11はハッチングで表示されている。
The base portions 8b, 9b are fixed by coating films 11, 11 by irradiating the periphery with electron beams. At the upper ends of the base ends 8b and 9b, nanotubes are connected as lead wires 10 and 10, and the lead wires 1 and 10 are connected.
The other ends of 0 and 10 are connected to the electrodes 12 and 12 of FIG. Finally, coating films 11, 11 are also formed on the surfaces of the nanotube leads 10, 10, and these leads are fixed to the pyramid 6. The coating film 11 is indicated by hatching.

【0040】図3はナノピンセット2を試料14に対向
配置した概略斜視図である。試料14の表面にある凹凸
は表面原子を表している。ナノチューブ8の先端部8a
はナノチューブ9の先端部9aより下方に突出している
から、先端部8aをAFM探針として用い、表面原子の
凹凸構造を検出する。例えば、試料14上に置かれたナ
ノ物質の位置や形状を検出する。
FIG. 3 is a schematic perspective view in which the nanotweezers 2 are arranged to face the sample 14. The irregularities on the surface of the sample 14 represent surface atoms. Tip 8a of nanotube 8
Protrudes below the tip 9a of the nanotube 9, the tip 8a is used as an AFM probe to detect the uneven structure of the surface atoms. For example, the position and shape of the nanomaterial placed on the sample 14 are detected.

【0041】図4はナノ物質16を把持したナノピンセ
ット2の概略正面図である。リード線10、10からナ
ノチューブ8、9に直流電圧を印加する。先端部8a、
9aには正負の電荷が蓄電され、この正負電荷の静電引
力により先端部8a、9aが印加電圧に応じた開度で閉
じ、この間にナノ物質16を把持する。把持するナノ物
質16は図3でAFM探知されたナノ物質である。
FIG. 4 is a schematic front view of the nanotweezers 2 holding the nanomaterial 16. A DC voltage is applied to the nanotubes 8 and 9 from the lead wires 10 and 10. The tip 8a,
Positive and negative charges are stored in 9a, and the tips 8a and 9a are closed at an opening corresponding to the applied voltage by the electrostatic attraction of the positive and negative charges, and the nano material 16 is gripped during this time. The nano material 16 to be gripped is the nano material detected by AFM in FIG.

【0042】図5は本発明に係るナノマニピュレータ装
置の概略構成図である。前述したように、ナノピンセッ
ト2はカンチレバー4、サブストレート5、ピラミッド
6及びナノチューブ8、9から構成される。試料14は
圧電素子からなる3次元駆動機構17により3次元方向
に駆動される。即ち、試料側を駆動してナノチューブ
8、9を試料14の表面上をXYZ方向に駆動する。勿
論、ナノピンセット2側を直接、3次元駆動してもよ
い。ナノピンセット2と試料14を相対的に3次元駆動
できることが重要である。20は半導体レーザー装置、
22は反射ミラー、24は二分割光検出器、26はZ軸
検出回路、28は表示装置、30はXYZ走査回路であ
る。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a nanomanipulator device according to the present invention. As described above, the nanotweezers 2 includes the cantilever 4, the substrate 5, the pyramid 6, and the nanotubes 8 and 9. The sample 14 is driven in a three-dimensional direction by a three-dimensional driving mechanism 17 composed of a piezoelectric element. That is, the sample side is driven to drive the nanotubes 8 and 9 on the surface of the sample 14 in the XYZ directions. Of course, the nanotweezers 2 may be directly driven three-dimensionally. It is important that the nanotweezers 2 and the sample 14 can be relatively three-dimensionally driven. 20 is a semiconductor laser device,
22 is a reflection mirror, 24 is a two-segment photodetector, 26 is a Z-axis detection circuit, 28 is a display device, and 30 is an XYZ scanning circuit.

【0043】ナノチューブ8、9を試料14に対し所定
の斥力位置になるまでZ軸方向に接近させ、必要なナノ
物質16を把持する。その後、XYZ走査回路30で3
次元駆動機構17を走査して、所定の位置までナノチュ
ーブ8、9を移動する。この移動の過程では、ナノチュ
ーブ8、9と試料表面との離間距離を一定に保つ必要性
から、ナノチューブが受ける斥力を常に一定になるよう
にZ軸方向にナノチューブを位置制御する必要がある。
そのために、レーザービームLBをカンチレバー4によ
り反射させ、反射ミラー22を介して二分割光検出器2
4に導入し、上下検出器24a、24bへの偏向を検出
しながら、Z軸制御を行う。
The nanotubes 8 and 9 are made to approach the sample 14 in the Z-axis direction until a predetermined repulsion position is reached, and the necessary nanomaterial 16 is gripped. After that, the XYZ scanning circuit 30
The nanotubes 8 and 9 are moved to a predetermined position by scanning the dimensional drive mechanism 17. In this movement process, it is necessary to keep the separation distance between the nanotubes 8 and 9 and the sample surface constant, and therefore it is necessary to control the position of the nanotubes in the Z-axis direction so that the repulsive force applied to the nanotubes is always constant.
For this purpose, the laser beam LB is reflected by the cantilever 4 and is split via the reflecting mirror 22 into the two-part photodetector 2.
4, and performs Z-axis control while detecting deflection to the upper and lower detectors 24a and 24b.

【0044】Z軸検出回路26でZ位置を検出し、XY
Z走査回路30でXY位置を検出して、これらの位置情
報を表示装置28に表示する。つまり、この表示装置2
8には試料表面の凹凸像が表示される。そして、ナノチ
ューブ8、9が所定位置に移動した後、ナノチューブ
8、9を開いて把持してきたナノ物質16を試料表面上
に放出する。この操作を繰り返して、所定場所に多数の
ナノ物質を組み立てて、例えばナノ回路18を構成す
る。ナノチューブ8をAFM操作すれば、ナノ回路18
の全体形状を表示装置28に撮像することもできる。従
って、本発明のナノマニピュレータ装置はナノワールド
を自在に構成できるナノロボットである。このナノマニ
ピュレータ装置は真空、大気を含め種々の雰囲気中で使
用でき、また電子顕微鏡などの装置内でロボットの手の
ように操作することもできる。
The Z position is detected by the Z-axis detection circuit 26,
The XY position is detected by the Z scanning circuit 30 and the position information is displayed on the display device 28. That is, the display device 2
In FIG. 8, an uneven image of the sample surface is displayed. Then, after the nanotubes 8 and 9 have moved to predetermined positions, the nanomaterials 16 that have opened and grasped the nanotubes 8 and 9 are released onto the sample surface. This operation is repeated to assemble a large number of nanomaterials at predetermined locations to form, for example, a nanocircuit 18. By performing AFM operation on the nanotube 8, the nano circuit 18
Can be imaged on the display device 28. Therefore, the nanomanipulator device of the present invention is a nanorobot that can freely configure a nanoworld. This nanomanipulator device can be used in various atmospheres including vacuum and atmosphere, and can be operated like a robot hand in a device such as an electron microscope.

【0045】図6〜図8は本発明に係るナノピンセット
の第2実施形態を示す。図6はこのナノピンセット2の
概略正面図である。ナノチューブ8、9の先端部8a、
9aがその先端で接触するように、基端部8b、9bが
コーティング被膜11、11によりピラミッド部6に固
定される。ナノチューブ9の先端部9aの表面には圧電
膜32が形成され、その上端32a及び下端32bには
ナノチューブリード線10a、10bが結線される。ナ
ノチューブリード線10a、10bはそれらの中間点を
スポット状コーティング膜13、13によりピラミッド
部6に固定される。
FIGS. 6 to 8 show a second embodiment of a nanotweezer according to the present invention. FIG. 6 is a schematic front view of the nanotweezers 2. Tips 8a of nanotubes 8, 9;
The base ends 8b, 9b are fixed to the pyramid 6 by the coating films 11, 11 such that the tip 9a contacts at the tip. A piezoelectric film 32 is formed on the surface of the tip 9a of the nanotube 9, and nanotube leads 10a and 10b are connected to its upper end 32a and lower end 32b. The midpoints of the nanotube leads 10a, 10b are fixed to the pyramid 6 by spot-like coating films 13, 13.

【0046】図7はナノピンセット2を試料14に対向
配置した概略斜視図である。ナノチューブリード線10
a、10bの他端10c、10dはカンチレバー4の電
極12、12に固定される。電極12、12には電気ス
イッチSW、電源P、電圧制御回路VCが接続されてい
る。圧電膜32は両端への電圧印加により収縮し、収縮
量は印加電圧とともに増大する。まずナノチューブ先端
が閉じた状態で試料14の表面をAFM操作し、把持す
べきナノ物質の位置と形状を検出する。
FIG. 7 is a schematic perspective view in which the nanotweezers 2 are arranged to face the sample 14. Nanotube lead wire 10
The other ends 10c and 10d of a and 10b are fixed to the electrodes 12 and 12 of the cantilever 4. The electrodes 12, 12 are connected to an electric switch SW, a power supply P, and a voltage control circuit VC. The piezoelectric film 32 contracts by applying a voltage to both ends, and the amount of contraction increases with the applied voltage. First, the surface of the sample 14 is subjected to AFM operation with the tip of the nanotube closed, and the position and shape of the nanomaterial to be grasped are detected.

【0047】図8はナノ物質16を把持したナノピンセ
ット2の概略正面図である。電気スイッチSWをオンに
して圧電膜32に電圧を印加すると、圧電膜32の収縮
に従ってナノチューブ9が撓み、ナノチューブ8、9の
間が開き、対象となるナノ物質16を把持する。ナノ回
路18の組立は図1と同様であるので、説明を省略す
る。
FIG. 8 is a schematic front view of the nanotweezers 2 holding the nanomaterial 16. When a voltage is applied to the piezoelectric film 32 by turning on the electric switch SW, the nanotube 9 bends in accordance with the contraction of the piezoelectric film 32, the space between the nanotubes 8 and 9 is opened, and the target nanomaterial 16 is gripped. The assembly of the nanocircuit 18 is the same as that in FIG.

【0048】図9〜図11は本発明に係るナノピンセッ
トの第3実施形態を示す。図9はピラミッド部6を有し
たカンチレバー4の要部斜視図である。このカンチレバ
ー4は一般にAFM測定に使用されるもので、ピラミッ
ド部6は一塊りとして形成されている。このピラミッド
部6を、例えば収束イオンビーム装置により刻設して二
つのピラミッド片6a、6bに2等分し、これらのピラ
ミッド片6a、6bを可撓自在に形成する。
FIGS. 9 to 11 show a third embodiment of a nanotweezer according to the present invention. FIG. 9 is a perspective view of a main part of the cantilever 4 having the pyramid 6. The cantilever 4 is generally used for AFM measurement, and the pyramid 6 is formed as one lump. This pyramid portion 6 is carved by, for example, a focused ion beam device and divided into two equal parts into two pyramid pieces 6a and 6b, and these pyramid pieces 6a and 6b are formed to be flexible.

【0049】図10はこのナノピンセット2の概略正面
図である。ピラミッド片6a、6bは間隙6cを介して
根本部6dから可撓自在に対向している。ナノチューブ
8、9の先端部8a、9aがその先端で接触するよう
に、基端部8b、9bがコーティング被膜11、11に
よりピラミッド片6a、6bにそれぞれ固定される。ピ
ラミッド片6aの側面には圧電膜32が形成され、その
上端32a及び下端32bにはナノチューブリード線1
0a、10bが結線される。これらのナノチューブリー
ド線10a、10bはカンチレバー4の電極12、12
を介して第2実施形態と同様の電源回路に接続される。
まずナノチューブ先端が閉じた状態で試料14の表面を
AFM操作し、把持すべきナノ物質の位置と形状を検出
する。
FIG. 10 is a schematic front view of the nanotweezers 2. The pyramid pieces 6a, 6b are flexibly opposed from the root 6d via a gap 6c. The base ends 8b, 9b are fixed to the pyramid pieces 6a, 6b by the coating films 11, 11 such that the front ends 8a, 9a of the nanotubes 8, 9 are in contact at the ends. A piezoelectric film 32 is formed on a side surface of the pyramid piece 6a, and a nanotube lead wire 1 is provided on an upper end 32a and a lower end 32b.
0a and 10b are connected. These nanotube leads 10a, 10b are connected to the electrodes 12, 12 of the cantilever 4.
Is connected to the same power supply circuit as in the second embodiment.
First, the surface of the sample 14 is subjected to AFM operation with the tip of the nanotube closed, and the position and shape of the nanomaterial to be grasped are detected.

【0050】図11はナノ物質16を把持したナノピン
セット2の概略正面図である。電気スイッチSWをオン
にして圧電膜32に電圧を印加すると、圧電膜32の収
縮に従ってピラミッド片6aが撓み、ナノチューブの先
端部8a、9aの間が開き、検出したナノ物質16を把
持する。ナノマニピュレータ装置を用いたナノ回路18
の組立は図1と同様であるので、説明を省略する。
FIG. 11 is a schematic front view of the nanotweezers 2 holding the nanomaterial 16. When a voltage is applied to the piezoelectric film 32 by turning on the electric switch SW, the pyramid piece 6a is bent in accordance with the contraction of the piezoelectric film 32, the gap between the tips 8a and 9a of the nanotube is opened, and the detected nanomaterial 16 is gripped. Nano circuit 18 using nano manipulator device
Is the same as that shown in FIG.

【0051】前記実施形態ではナノチューブやピラミッ
ド片は2本構成であったが、これ以上の複数構成にして
もよい。また圧電膜をナノチューブやピラミッド片の1
本だけに形成するのでなく、対向する2本に形成するこ
ともできる。
In the above embodiment, the number of nanotubes and pyramid pieces is two, but a plurality of pieces may be used. Also, the piezoelectric film is made of nanotubes or pyramid pieces.
Instead of being formed only on a book, it may be formed on two opposing books.

【0052】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における
種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含
するものである。
The present invention is not limited to the above embodiment, but includes various modifications and design changes within the technical scope of the present invention without departing from the technical concept of the present invention.

【0053】[0053]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、ナノチューブ
の表面を絶縁物質でコーティングしたから、静電引力で
閉じてもショートしない。従って、あらゆる電気物性を
有したナノ物質をピンセット操作することができる。こ
の発明は静電引力方式のナノピンセットの全構造に適用
できる。
According to the first aspect of the present invention, since the surface of the nanotube is coated with an insulating material, no short circuit occurs even when closed by electrostatic attraction. Therefore, a tweezer operation can be performed on a nanomaterial having any electrical properties. The present invention is applicable to all structures of the nano-tweezers of the electrostatic attraction type.

【0054】請求項2の発明によれば、AFM用のカン
チレバーのピラミッド部をナノチューブホルダーとして
用いるからナノピンセット全体の強度が高く、しかも配
線をナノチューブリード線やCVDリード線等で構成す
るから超微細なナノスケール配線が可能となり、回路構
成をコンパクトにできる。
According to the second aspect of the present invention, since the pyramid portion of the cantilever for AFM is used as a nanotube holder, the strength of the entire nanotweezers is high. Nanoscale wiring is possible, and the circuit configuration can be made compact.

【0055】請求項3の発明によれば、圧電膜によりナ
ノチューブ先端間を開閉自在に設けるから、ナノ物質の
電気的性質、即ち絶縁体、半導体、導電体の違いによら
ず把持することが可能となり、ナノチューブの絶縁被覆
を必要としない点で静電引力方式よりも性能向上を図る
ことができる。
According to the third aspect of the present invention, since the end between the nanotubes is freely opened and closed by the piezoelectric film, the nano material can be gripped regardless of the electrical properties of the nano material, that is, the difference between the insulator, the semiconductor, and the conductor. Thus, the performance can be improved as compared with the electrostatic attraction method in that the insulating coating of the nanotube is not required.

【0056】請求項4の発明によれば、請求項3のホル
ダーとしてカンチレバーのピラミッド部を用いるから、
ナノピンセット全体の強度が高く、しかも対象となるナ
ノ物質の電気的性質に関係なく全物質を把持することが
でき、広範囲の応用性を有するナノピンセットを提供で
きる。
According to the invention of claim 4, since the pyramid of the cantilever is used as the holder of claim 3,
The strength of the entire nanotweezer is high, and all the materials can be gripped regardless of the electrical properties of the target nanomaterial, so that nanotweezers having a wide range of applications can be provided.

【0057】請求項5の発明によれば、ナノチューブに
圧電膜を形成する代わりに、サイズ的に大きなピラミッ
ド片に圧電膜を形成するから、圧電膜の形成が容易にな
る。このことによって、圧電膜のサイズも大きくなるか
ら、圧電膜へのナノチューブリード線の結線などの作業
性も改善できる。
According to the fifth aspect of the present invention, the piezoelectric film is formed on a pyramid piece having a large size instead of forming the piezoelectric film on the nanotube, so that the piezoelectric film can be easily formed. As a result, the size of the piezoelectric film is increased, so that workability such as connection of a nanotube lead wire to the piezoelectric film can be improved.

【0058】請求項6の発明によれば、ナノピンセット
の圧電膜を絶縁被覆するから、電圧を印加してもショー
トすることがなく、更にリード線も絶縁被覆すれば、電
解質溶液中でもナノピンセット操作が可能となる。
According to the invention of claim 6, since the piezoelectric film of the nanotweezers is insulated and covered, no short circuit occurs even when a voltage is applied, and if the lead wire is also insulated and covered, the nanotweezer operation can be performed even in an electrolyte solution. Becomes possible.

【0059】請求項7の発明によれば、前記ナノピンセ
ットを試料に対し3次元的に任意方向に移動制御できる
から、ナノ物質の把持、移動、放出を連続的に行うこと
ができる。これによって、細胞やタンパク質などの生体
物質、各種分子、超微粒子などのナノ物質を自由自在に
組み立てることができるナノロボットを提供でき、創造
的科学技術の創製に貢献できる。
According to the seventh aspect of the present invention, the movement of the nanotweezers relative to the sample can be controlled three-dimensionally in any direction, so that the nanomaterial can be gripped, moved, and released continuously. As a result, a nano robot capable of freely assembling biological substances such as cells and proteins, various molecules, and nano substances such as ultrafine particles can be provided, and can contribute to the creation of creative science and technology.

【0060】請求項8の発明によれば、ナノピンセット
を構成する少なくとも1本のナノチューブを走査型プロ
ーブ顕微鏡用の探針として用いるから、この探針でナノ
物質の位置と形状を確認してから把持でき、また放出す
べき位置と場所を検出してからナノ物質を放出できるナ
ノマニピュレータ装置を提供できる。
According to the invention of claim 8, since at least one nanotube constituting the nanotweezers is used as a probe for a scanning probe microscope, the position and shape of the nanomaterial are confirmed with this probe. It is possible to provide a nanomanipulator device that can grasp and release a nanomaterial after detecting a position and a place to be released.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のナノピンセットを用いたナノマニピュ
レータ装置の作動説明図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of a nanomanipulator device using nanotweezers according to the present invention.

【図2】本発明に係るナノピンセットの第1実施形態の
概略正面図である。
FIG. 2 is a schematic front view of a first embodiment of a nanotweezer according to the present invention.

【図3】第1実施形態のナノピンセットを試料に対向配
置した概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view in which the nanotweezers of the first embodiment is arranged to face a sample.

【図4】ナノ物質を把持した第1実施形態のナノピンセ
ットの概略正面図である。
FIG. 4 is a schematic front view of a nanotweezer of the first embodiment holding a nanomaterial.

【図5】本発明に係るナノマニピュレータ装置の概略構
成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a nanomanipulator device according to the present invention.

【図6】本発明に係るナノピンセットの第2実施形態の
概略正面図である。
FIG. 6 is a schematic front view of a second embodiment of a nanotweezer according to the present invention.

【図7】第2実施形態のナノピンセットを試料に対向配
置した概略斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view in which a nanotweezer of the second embodiment is arranged to face a sample.

【図8】ナノ物質を把持した第2実施形態のナノピンセ
ットの概略正面図である。
FIG. 8 is a schematic front view of a nanotweezer of a second embodiment holding a nanomaterial.

【図9】ピラミッド部を有したカンチレバーの要部斜視
図である。
FIG. 9 is a perspective view of a main part of a cantilever having a pyramid portion.

【図10】本発明に係るナノピンセットの第3実施形態
の概略正面図である。
FIG. 10 is a schematic front view of a third embodiment of a nanotweezer according to the present invention.

【図11】ナノ物質を把持した第3実施形態のナノピン
セットの概略正面図である。
FIG. 11 is a schematic front view of a nanotweezer of a third embodiment holding a nanomaterial.

【図12】従来のテーパー加工されたガラスチューブ先
端の側面図である。
FIG. 12 is a side view of a conventional tapered glass tube tip.

【図13】従来のナノピンセットの概略説明図である。FIG. 13 is a schematic explanatory view of a conventional nanotweezer.

【図14】従来のナノピンセットに電圧を印加する概要
説明図である。
FIG. 14 is a schematic explanatory view for applying a voltage to a conventional nanotweezer.

【符号の説明】 2・・・ナノピンセット 4・・・カンチレバー 6・・・ピラミッド部 6a、6b・・・ピラミッド片 6c・・間隙 6d・・根本部 8、9・ナノチューブ 8a、9a・・・先端部 8b、9b・・・基端部 10、10a、10b・・・リード線 11・・・コーティング皮膜 12・・・電極 13・・・スポット状コーティング被膜 14・・・試料 16・・・ナノ物質 17・・・3次元駆動機構 18・・・ナノ回路 20・・・半導体レーザー装置 22・・・反射ミラー 24・・・二分割光検出器 26・・・Z軸検出回路 28・・・表示装置 30・・・XYZ走査回路 32・・・圧電膜 32a・・圧電膜の上端 32b・・圧電膜の下端 80・・・ガラスチューブ 82・・・絶縁部 84a、84b・・・金電極膜 86a、86b・・・カーボンナノチューブ 88・・・ナノピンセット 90a、90b・・・接点 92a、92b・・・リード線 94・・・電源 96・・・ナノ物質 LB・・・レーザービーム P・・・電源 SW・・・電気スイッチ VC・・・電圧制御回路[Explanation of Signs] 2 nano tweezers 4 cantilever 6 pyramid 6a, 6b pyramid piece 6c gap 6d root 8,9 nanotube 8a, 9a Tip 8b, 9b ... Base 10, 10, 10a, 10b ... Lead wire 11 ... Coating film 12 ... Electrode 13 ... Spot-shaped coating film 14 ... Sample 16 ... Nano Material 17: Three-dimensional drive mechanism 18: Nano circuit 20: Semiconductor laser device 22: Reflection mirror 24: Two-part photodetector 26: Z-axis detection circuit 28: Display Apparatus 30 XYZ scanning circuit 32 Piezoelectric film 32a Upper end of piezoelectric film 32b Lower end of piezoelectric film 80 Glass tube 82 Insulating portions 84a, 84b Gold electrode film 86 , 86b: Carbon nanotube 88: Nano tweezers 90a, 90b: Contact point 92a, 92b: Lead wire 94: Power supply 96: Nano material LB: Laser beam P: Power supply SW: Electric switch VC: Voltage control circuit

フロントページの続き (72)発明者 原田 昭雄 大阪府大阪市城東区放出西2丁目7番19号 大研化学工業株式会社内 (72)発明者 大川 隆 大阪府大阪市城東区放出西2丁目7番19号 大研化学工業株式会社内 Fターム(参考) 3C020 UU08 Continuation of the front page (72) Inventor Akio Harada 2-7-19-1 Nishi Nishi, Joto-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Daiken Chemical Industry Co., Ltd. No.19 Daiken Chemical Industry Co., Ltd. F-term (reference) 3C020 UU08

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホルダーに基端部を固定して突設された
複数のナノチューブと、これらのナノチューブ表面を絶
縁被覆するコーティング被膜と、この中の2本のナノチ
ューブに連結されたリード線からなり、このリード線間
に電圧を印加して静電引力により前記2本のナノチュー
ブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピ
ンセット。
The present invention comprises a plurality of nanotubes protruding from a holder with their base ends fixed, a coating film for insulatingly covering the surfaces of these nanotubes, and a lead wire connected to two of the nanotubes. Nano tweezers, wherein a voltage is applied between the lead wires so as to open and close between the tips of the two nanotubes by electrostatic attraction.
【請求項2】 カンチレバーに突設されたピラミッド部
と、このピラミッド部に基端部を固定して突設された複
数のナノチューブと、この中の2本のナノチューブに連
結されたリード線からなり、このリード線間に電圧を印
加して静電引力により前記2本のナノチューブの先端間
を開閉自在に設けることを特徴とするナノピンセット。
2. A pyramid protruding from a cantilever, a plurality of nanotubes protruding from the pyramid with a base end fixed thereto, and a lead wire connected to two of the nanotubes. Nano tweezers, wherein a voltage is applied between the lead wires so as to open and close between the tips of the two nanotubes by electrostatic attraction.
【請求項3】 ホルダーに基端部を固定して突設された
複数のナノチューブと、この中の少なくとも1本のナノ
チューブの表面に形成された圧電膜からなり、この圧電
膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ前記ナノチューブ
の先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピン
セット。
3. A plurality of nanotubes having a base end fixed to a holder and protruding therefrom, and a piezoelectric film formed on a surface of at least one of the nanotubes. A voltage is applied to the piezoelectric film. Nano tweezers characterized in that the piezoelectric film is expanded and contracted to open and close between the tips of the nanotubes.
【請求項4】 前記ホルダーはカンチレバーのピラミッ
ド部である請求項3記載のナノピンセット。
4. The nanotweezer according to claim 3, wherein the holder is a pyramid of a cantilever.
【請求項5】 カンチレバーのピラミッド部を構成する
変形可能な複数のピラミッド片と、少なくとも1個のピ
ラミッド片の側面に形成された圧電膜からなり、この圧
電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ、ピラミッド片
を可撓自在にしてナノチューブの先端間を開閉すること
を特徴とするナノピンセット。
5. A piezoelectric device comprising: a plurality of deformable pyramid pieces constituting a pyramid portion of a cantilever; and a piezoelectric film formed on a side surface of at least one pyramid piece. A voltage is applied to the piezoelectric film to form the piezoelectric film. Nano tweezers characterized by being expanded and contracted to make a pyramid piece flexible so as to open and close between tips of nanotubes.
【請求項6】 前記圧電膜を絶縁被覆する請求項3、4
又は5記載のナノピンセット。
6. The piezoelectric film according to claim 3, wherein the piezoelectric film is insulated.
Or the nanotweezers according to 5.
【請求項7】 請求項1乃至6記載のナノピンセット
と、このナノピンセットを試料に対しXYZ方向に移動
制御する3次元駆動機構とから構成され、ナノピンセッ
トでナノ物質を試料に搬送制御することを特徴とするナ
ノマニピュレーター装置。
7. A nano tweezer according to claim 1, further comprising a three-dimensional drive mechanism for controlling the movement of the nano tweezer relative to the sample in the XYZ directions, wherein the nano tweezer is used to control the transfer of the nano substance to the sample. A nanomanipulator device characterized by the following.
【請求項8】 ナノピンセットを構成する少なくとも1
本のナノチューブを走査型プローブ顕微鏡用の探針とし
て用いる請求項7記載のナノマニピュレータ装置。
8. At least one of nano tweezers
The nanomanipulator device according to claim 7, wherein the nanotubes are used as a probe for a scanning probe microscope.
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