JP2006039010A - 光反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロパターンの作製を安価且つ迅速に実現できる光反応装置を提供する。
【解決手段】光反応装置１は、入力画像を表示するＬＣＤパネルに光を照射することによって画像を投写するＬＣＤプロジェクタ３と、光反応性の試料を設置する試料設置ステージ１６と、ＬＣＤプロジェクタ３からの投写光を縮小して試料上に結像させる縮小投写レンズ１３と、試料に結像される画像の投写倍率を調整するためのズーム調整機構４とを備える。ズーム調整機構４は、ＬＣＤパネルと縮小投写レンズ１３間の距離を調整するための第１調整ベース１１と、縮小投写レンズ１３と試料間の距離を調整するための第２調整ベース１２とから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モノマーやオリゴマーの光重合や、フォトレジストの露光によって、細胞のマイクロパターニングやマイクロ流路（以下、マイクロパターンで総称する。）等を作製するための光反応装置に関するものである。

近年細胞のマイクロパターニングは、細胞間のシグナル伝達等の基礎研究や細胞を利用したバイオセンサーの作製に供されている。また、複数種の細胞のマイクロパターンの組み合わせにより、再生医療への応用も期待されている。

このような細胞のマイクロパターニングの手法としては、従来より半導体製造技術であるフォトリソグラフィーが利用されてきた（例えば、特許文献１参照）。このフォトリソグラフィーとは、例えばガラス板にクロムのパターンを描写したフォトマスクを介し、紫外線等の光をレンズで縮小してシリコンウエハに投写し、回路パターンを焼き付ける方法である。

そして、細胞のマイクロパターニングでは、基材上に光反応性の試料を薄く塗布し、これにマイクロパターンを描写した前記フォトマスクを介し、光を縮小して投写することにより、重合させるものであった。
特表２００２−５１０９６９号公報

しかしながら、係る従来の方法では高価な専用装置が必要となると共に、パターンの作製に金属やガラス製のフォトマスクが必要となるため、このフォトマスクの製造に非常な時間とコストを要すると云う問題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、係るマイクロパターンの作製を安価且つ迅速に実現できる光反応装置を提供するものである。

本発明の光反応装置は、入力画像を表示するＬＣＤパネルに光を照射することによって画像を投写するＬＣＤプロジェクタと、光反応性の試料を設置する試料設置ステージと、ＬＣＤプロジェクタからの投写光を縮小して試料上に結像させる縮小投写レンズと、試料に結像される画像の投写倍率を調整するためのズーム調整機構とを備えていることを特徴とする。

請求項２の発明の光反応装置は、上記においてズーム調整機構は、ＬＣＤパネルと縮小投写レンズ間の距離を調整するための第１調整部と、縮小投写レンズと試料間の距離を調整するための第２調整部とから構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明の光反応装置は、上記各発明においてＬＣＤプロジェクタから試料までの投写経路への外部からの入射光を遮断するための暗幕を設けたことを特徴とする。

請求項４の発明の光反応装置は、上記各発明において試料上に結像される画像のフォーカスを確認するためのスコープを備えたことを特徴とする。

請求項５の発明の光反応装置は、上記各発明においてＬＣＤプロジェクタに入力される動画に同期して試料を移動させる移動機構を設けたことを特徴とする。

本発明の光反応装置は、入力画像を表示するＬＣＤパネルに光を照射することによって画像を投写するＬＣＤプロジェクタと、光反応性の試料を設置する試料設置ステージと、ＬＣＤプロジェクタからの投写光を縮小して試料上に結像させる縮小投写レンズと、試料に結像される画像の投写倍率を調整するためのズーム調整機構とを備えているので、例えばパソコン等で作成した画像データをＬＣＤプロジェクタに入力することにより、当該画像を縮小して試料上に結像させ、光反応により微細形状を作製することができるようになる。

これにより、従来の如きフォトマスクを使用すること無く、試料に直接画像を投写してマイクロパターン等を作製することが可能となり、作製作業の迅速化とコストの削減を図ることができるようになる。特に、汎用のＬＣＤプロジェクタを利用して装置を構成できるので、装置自体の生産コストも著しく削減することができるようになる。

特に、ズーム調整機構により試料に結像される画像の投写倍率を調整できるので、用途に応じて微少形状の寸法調節を行えるようになり、汎用性に富んだものとなる。特に、この場合、請求項２の発明の如くズーム調整機構を、ＬＣＤパネルと縮小投写レンズ間の距離を調整するための第１調整部と、縮小投写レンズと試料間の距離を調整するための第２調整部とから構成することにより、試料上に結像される画像のズーム調整とフォーカス調整を円滑且つ確実に行えるようになるものである。

また、請求項３の発明の如く、ＬＣＤプロジェクタから試料までの投写経路へ外部から入射光が入るのを遮断するための暗幕を設ければ、作業性を担保しながら外部からの入射光による悪影響を排除することが可能となる。また、請求項４の発明の如く、試料上に結像される画像のフォーカスを確認するためのスコープを設ければ、試料上に結像される画像のフォーカスを容易に確認できるようになる。

更に、請求項５の発明の如く、ＬＣＤプロジェクタに入力される動画に同期して試料を移動させる移動機構を設ければ、例えば、ＬＣＤパネルの寸法より大きい画像を扱う場合には、左右若しくは上下に移動する画像（動画）としてパソコン上で作製し、当該画像（動画）をＬＣＤパネルに表示させ、且つ、当該画像（動画）の移動に同期して試料を移動させることにより、全体寸法の大なる微細形状も作製することが可能となるものである。

次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の一実施例の光反応装置１の前方斜視図、図２は光反応装置１の後方斜視図である。実施例の光反応装置１は、フレーム筐体２と、このフレーム筐体２上に設置されたＬＣＤ（液晶）プロジェクタ３及びズーム調整機構４等と、パソコン（パーソナルコンピュータ）ＰＣ等から構成されている。

前記フレーム筐体２には左右に渡る取付レール６、６が前後に構成されており、この取付レール６、６に渡り、フレーム筐体２の向かって左側にＬＣＤプロジェクタ３が固定されている。このＬＣＤプロジェクタ３は、図３に示すＬＣＤパネル（液晶パネル）７と図示しないランプを備えた汎用のＬＣＤプロジェクタであり、パソコンＰＣに接続されて当該パソコンＰＣから画像データが入力されるように構成されている。また、この場合のＬＣＤパネル７は１４〜３６μｍ／ｐｉｘｅｌ（実施例では１８μｍ／ｐｉｘｅｌ）の高精細なＬＣＤパネルである。そして、ＬＣＤプロジェクタ３は、パソコンＰＣからの入力画像をＬＣＤパネル７に表示すると共に、このＬＣＤパネル７にランプから光を照射することによって入力画像をフレーム筐体２の向かって右方向に向けて投写するものである。

前記ズーム調整機構４は、ボルト８、８（実施例では六角ボルト）にてフレーム筐体２の後側の取付レール６の向かって右側に左右方向（即ち、取付レール６、６の長手方向）移動可能に取り付けられた第１調整ベース（第１調整部）１１と、この第１調整ベース１１にボルト９・・・（実施例では六角ボルト）にて左右方向（即ち、取付レール６、６の長手方向）に移動可能に取り付けられた第２調整ベース（第２調整部）１２とから構成されている。

また、第１調整ベース１１の向かって左端の部分には、前記ＬＣＤプロジェクタ３のＬＣＤパネル７に対向する位置に縮小投写レンズ（実施例では０．５倍の結像レンズ）１３が取り付けられている。そして、ＬＣＤプロジェクタ３には、前記ＬＣＤパネル７から縮小投写レンズ１３まで渡る伸縮鏡筒１４が設けられており、ＬＣＤプロジェクタ３からの投写光はこの伸縮鏡筒１４内を経て縮小投写レンズ１３に至る構造とされている。

また、第２調整ベース１２の下部には試料設置ステージ１６が取り付けられている。この試料設置ステージ１６はステージ昇降摘み１７を回転させることで、第２調整ベース１２に対して昇降可能とされている。また、この試料設置ステージ１６の上方に対応する位置の第２調整ベース１２上部には、フォーカス確認用のスコープ１８が取り付けられている。このスコープ１８は上から覗くことにより、下方の試料設置ステージ１６に設置された試料１９（図３）上に結像される画像のフォーカスを確認するためのものであり、繰り出し調整リング１８Ａとフォーカス調整リング１８Ｂを備えている。

更に、試料設置ステージ１６とスコープ１８の間の位置の第２調整ベース１２には、前記縮小投写レンズ１３に水平方向で対向する位置にビームスプリッタ２１が取り付けられている。このビームスプリッタ２１は、縮小投写レンズ１３を経た投写光を前方と下方の試料設置ステージ１６側とに分離するものであり、上側にはＮＤフィルタ２２が設けられている。

そして、図１及び図２では示さないが、試料設置ステージ１６、ビームスプリッタ２１、スコープ１８及び縮小投写レンズ１３のビームスプリッタ２１側の部分は図３に破線で示すように暗幕２３にて覆われる。この暗幕２３はＬＣＤプロジェクタ３から試料１９までの投写光の経路に外部から光が入射することを防止するものであり、試料１９等を試料設置ステージ１６上に設置する場合に容易に開閉できるように構成されている。

尚、実施例ではＬＣＤプロジェクタ３から縮小投写レンズ１３までの間に伸縮鏡筒１４があるため、外部からの入射光は入らないが、係る伸縮鏡筒１４が無い場合には、ＬＣＤプロジェクタ３の縮小投写レンズ１３側も暗幕２３にて覆うことになる。

以上の構成で、次に本発明の光反応装置１を使用したマイクロパターンの作製方法について説明する。尚、当初暗幕２３は取り外されているものとする。先ず、ズーム調整機構４を用いて試料１９への投写倍率の調整を行う。実施例では投写倍率を、投写画素サイズとして７〜１３μｍ／ｐｉｘｅｌの範囲で調整可能とされている。今、投写画素サイズ（投写倍率）を９μｍ／ｐｉｘｅｌに調整する場合には、先ず、第１調整ベース１１のボルト８、８を緩めて第１調整ベース１１を左右方向に移動させ、当該第１調整ベース１１に記載された矢印をフレーム筐体２に記載されている数字の９に合わせる。尚、フレーム筐体２には図４に示すように７〜１３（上記投写画素サイズ）の数字が記載されている。

ここで、上記各投写画素サイズに好適なＬＣＤパネル７と縮小投写レンズ１３の間の距離は予め測定されており、第１調整ベース１１の矢印をフレーム筐体２の数字に合わせることで、当該数字の投写画素サイズに合ったＬＣＤパネル７と縮小投写レンズ１３間の距離となるように構成されている。そして、ボルト８、８を再び締めて第１調整ベース１１の位置を固定する。

次に、第２調整ベース１２のボルト９・・・を緩めて第２調整ベース１２を左右方向に移動させ、当該第２調整ベース１２に記載された矢印を第１調整ベース１１に記載されている数字の９に合わせる。尚、第１調整ベース１１には図５に示すように７〜１３（上記投写画素サイズ）の数字が記載されている。

ここで、上記の如き第１調整ベース１１の位置において上記各投写画素サイズに好適な縮小投写レンズ１３と試料１９の間の距離は予め測定されており、第２調整ベース１２の矢印を第１調整ベース１１の数字に合わせることで、当該数字の投写画素サイズに合った縮小投写レンズ１３と試料１９間の距離となるように構成されている。そして、ボルト９・・・を再び締めて第２調整ベース１２の位置を固定する。

これによって、投写画素サイズが９μｍ／ｐｉｘｅｌとなる投写倍率で、試料１９上にジャストフォーカスで画像が結像されることになる。係るフォーカス状態は試料１９に反射してビームスプリッタ２１を通過し、上方に向かう光がスコープ１８に入射することで確認できる。その場合は、先ずステージ昇降摘み１７を用いて試料設置ステージ１６を基準位置に移動し、ロックする。次に、試料設置ステージ１６上に図示しないフォーカスチェック用の反射ミラーを設置する。

次に、ＬＣＤプロジェクタ３の電源を投入し、パソコンＰＣから所定の調整用パターン画像のデータを入力する。ＬＣＤプロジェクタ３はＬＣＤパネル７に入力された調整用パターン画像を表示するので、反射ミラーには係る調整用パターンが前述の投写倍率にて投写される。次に、スコープ１８の上から覗き込み、調整用パターン画像のフォーカス状態を確認する。このとき像がぼけているときにはフォーカス調整リング１８Ｂを用いて像が鮮明に見えるように調整するとよい。

このようにして投写倍率（ズーム）とフォーカスの調整が終了したら、前述した反射ミラーを取り除き、変わりに試料１９を試料設置ステージ１６に設置する。この場合、反射ミラーと試料１９の板厚差はステージ昇降摘み１７で調整するか、試料昇降ステージ１６上に差厚分のスペーサを置いて調整する。その後、暗幕２３を取り付け、前述の如く試料設置ステージ１６、ビームスプリッタ２１、スコープ１８及び縮小投写レンズ１３のビームスプリッタ２１側の部分を覆う。これによって、ＬＣＤプロジェクタ３から試料１９までの投写光の経路に外部から光が入射することが防止される。

ここで、実施例の試料１９は図６に示すようにシランカップリング剤をコーティングしたシラン化カバーガラスと未処理のカバーガラス間に可視光重合開始剤を含んだモノマー（単量体）溶液を挟み込んだものである。

次に、係る試料１９に投写する例えば細胞のマイクロパターン画像をパソコンＰＣで作成し、或いは、他で作成されたものをパソコンＰＣに読み込んでＬＣＤプロジェクタ３に入力する。ＬＣＤプロジェクタ３はＬＣＤパネル７に係る入力画像を表示するので、縮小投写レンズ１３で縮小された画像が前述した投写倍率で試料１９上に投写されることになる。

このようにして試料１９に光を照射してモノマーの架橋重合反応を生じせしめた後、未処理のカバーガラスを剥がすとシラン化カバーガラス表面にポリマーのマイクロパターンが作製される。図７はポリジメチルシロキサンのマイクロパターンを作製した場合を示している。この場合、図７の上左側にパソコンＰＣで描画された画像を示し、その右側に実際に作製されたマイクロパターンを示している。また、下側にはシラン化カバーガラスの断面を示しており、架橋した３次元構造が構成されていることが分かる。

このように本発明では従来の如きフォトマスクを作製すること無く試料１９に直接画像を投写してマイクロパターンを作製することが可能となるので、作製作業の迅速化とコストの削減を図ることができるようになる。特に、汎用のＬＣＤプロジェクタ３を利用して装置を構成できるので、装置自体の生産コストも著しく削減できる。特に、ズーム調整機構４により試料１９に結像される画像の投写倍率を調整できるので、用途に応じて微少形状の寸法調節を行えるようになり、汎用性に富んだものとなる。この場合、ズーム調整機構４は、ＬＣＤパネル７と縮小投写レンズ１３間の距離を調整するための第１調整ベース１１と、縮小投写レンズ１３と試料１９間の距離を調整するための第２調整ベース１２とから構成されているので、試料１９上に結像される画像のズーム調整とフォーカス調整を円滑、且つ、確実に行えるようになる。

また、ＬＣＤプロジェクタ３から試料１９までの投写経路へ外部から入射光が入るのを遮断するために暗幕２３を設けているので、外部からの入射光による試料への悪影響を排除することが可能となる。また、暗幕２３であるので開閉が容易であり、例えば試料１９（反射ミラー）を設置・交換する等の作業も容易に行える。

そして、このようにして作製されたマイクロパターンを用いて細胞のパターン制御を行う。尚、マイクロパターンとしては係る細胞のマイクロパターンの他、微細な通路（マイクロ流路）などの作製も可能である。

ここで、ＬＣＤパネル７が一度に表示できる寸法よりも大きい寸法の画像を取り扱う場合には、それを例えば右から左に移動する動画として作成するとよい。また、その場合には試料設置ステージ１６を右から左に移動させる図示しない移動機構を設ける。そして、係る移動機構により、画像の移動に同期して試料１９を移動させれば、ＬＣＤパネル７のサイズよりも全体寸法の大なる微細形状も作製することが可能となる。

尚、実施例ではモノマーの可視光による架橋重合によってマイクロパターンの作製を行ったが、それに限らず、薄膜にして光を照射すると構造が変化する所謂フォトレジストを用いても本発明は有効である。

本発明の実施例の光反応装置の前方斜視図である。 図１の光反応装置の後方斜視図である。 図１の光反応装置の投写経路を示す図である。 図１の光反応装置のフレーム筐体と第１調整ベースを示す背面図である。 図１の光反応装置の第１調整ベースと第２調整ベースを示す平面図である。 試料の構造及び試料への光の照射を示す図である。 図１の光反応装置で作製したポリジメチルシロキサンのマイクロパターンを示す図である。

符号の説明

１ 光反応装置
２ フレーム筐体
３ ＬＣＤプロジェクタ
４ ズーム調整機構
７ ＬＣＤパネル
１１ 第１調整ベース（第１調整部）
１２ 第２調整ベース（第２調整部）
１３ 縮小投写レンズ
１６ 試料設置ステージ
１８ スコープ
１９ 試料
２１ ビームスプリッタ
ＰＣ パソコン

Claims (5)

1. 入力画像を表示するＬＣＤパネルに光を照射することによって前記画像を投写するＬＣＤプロジェクタと、
   光反応性の試料を設置する試料設置ステージと、
   前記ＬＣＤプロジェクタからの投写光を縮小して前記試料上に結像させる縮小投写レンズと、
   前記試料に結像される画像の投写倍率を調整するためのズーム調整機構とを備えたことを特徴とする光反応装置。
2. 前記ズーム調整機構は、前記ＬＣＤパネルと前記縮小投写レンズ間の距離を調整するための第１調整部と、前記縮小投写レンズと前記試料間の距離を調整するための第２調整部とから構成されていることを特徴とする請求項１の光反応装置。
3. 前記ＬＣＤプロジェクタから前記試料までの投写経路への外部からの入射光を遮断するための暗幕を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の光反応装置。
4. 前記試料上に結像される画像のフォーカスを確認するためのスコープを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の光反応装置。
5. 前記ＬＣＤプロジェクタに入力される動画に同期して前記試料を移動させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の光反応装置。

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