JP2006062049A

JP2006062049A - ナノピラー構造体とその製造方法および分離用デバイスとその製造方法

Info

Publication number: JP2006062049A
Application number: JP2004249674A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Matsumoto; 太松本; Takashi Yagishita; 崇柳下; Hideki Masuda; 秀樹益田
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】生体関連分子のなかで比較的小さい分子を分子サイズに従って迅速に、分解能良く分離する構造体の形成方法、および分離用デバイスを提供する。
【解決手段】陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填した後、アルミナを除去することによりナノピラー構造体を作製することを特徴とするナノピラー構造体の製造方法、その方法により製造されたナノピラー構造体、並びに、ナノピラー構造体備えた生体関連分子の分離等に好適な分離用デバイスとその製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ナノピラー構造体とその製造方法および分離用デバイスとその製造方法に関し、とくに、核酸や蛋白質などの比較的小さな分子サイズを持つ分子の高速、高精度な分離等に適用できる、ナノメーターレベルの柱（ピラー）が規則正しく配列した構造体とその製造方法、および、そのナノピラー構造体を利用した分離用デバイスとその製造方法に関する。ナノピラー構造体の作製には、均一な細孔径、配列を持ち、細孔の直進性が良いナノ周期構造を持つ陽極酸化ポーラスアルミナを利用し、その陽極酸化ポーラスアルミナの細孔内に物質を充填し、その後、アルミナを除去することにより、ポーラスアルミナの構造を一段階転写することにより目標とするナノピラー構造体を作製するプロセスを用いる。

近年の個人の遺伝子情報を解析することにより健康管理や病気の治療に役立てようとする試みにおいて膨大な遺伝子情報を瞬時に解析できる技術の開発が必須となっている。これらの遺伝子解析において行われる抽出、増幅、分離、検出、解析の操作をすべて集積した集積型マイクロチップの作製が思考されている。従来、DNA などの生体関連分子の分離は、ゲル電気泳動やサイズ排除クロマトグラフィーなどにより分子の物理的な大きさに基づき行われてきた。ポリマーゲルなどの場合、分子鎖の絡み合いなどから作られる数十nm程度の無数の空隙を通過するに伴い、大きな分子は進行が遅くなり、小さな分子は、空隙による障害が少ないため速くゲル中を進むことができることから、分子サイズにより分離を行うことができる。このマイクロチップ化においては、これらの生体分子が進行する時に障害となるナノメーターレベルの構造体をリソグラフィー技術に基づく微細加工により作製する方法が多く提案されるようになっている。例えば、特許文献１においては、核酸が電気泳動する流路にケイ素酸化物の微粒子を充填することにより分離を行うための構造体を作製し、微粒子間の空隙を核酸が泳動する系を作製し、分離を行っている。また、特許文献２においては、流路を流れに対して平行にいくつかの部屋に分けることにより、各部屋に入る部分に細い入口を設け、被分離分子を分子サイズに従っていくつかの部屋に分画する方法を採っている。

最も多く提案されている構造が、被分離分子が移動する流路中に多数の円柱状、ダイヤモンド状の柱（ピラー）が垂直に林立している構造であり、これらの柱を避けながら被分離分子が移動することにより、分子サイズに基づく分離が行える。例えば図１に、ナノピラー構造体による生体関連分子の分離を示す模式図を示すように、短い分子鎖を持つDNA １、長い分子鎖を持つDNA ２に、蛍光色素A （３）や蛍光色素B （４）で標識し、ナノピラー１０１を備えたナノピラー構造体１０２を通過する各生体関連分子を分離する方法である。この種の分離は、例えば、特許文献３〜７に開示されている。この垂直に林立するピラー構造が、マイクロチップ化による微細加工を考えた場合、構造の作製の容易さとこの構造による分離能を考えた場合、最適な構造であるといえる。これらのピラー構造体の作製方法としては、フォト、あるいは電子ビームリソグラフィー、ドライエッチング法、微細機械加工を含む微細加工技術で行われていることが多い（例えば、特許文献３〜７）。その他、これらの微細加工技術で作製したピラー構造の逆の構造を持つ金型の成形面をポリマーなどの材料に制御された一定温度、一定圧力で押し当てることにより、ポリマー表面にピラー構造体を形成させるナノインプリント法も用いられている（例えば、特許文献３、４）。
特開2000-175683 号公報特開2004-184138 号公報特開2004-170396 号公報特開2004-45357号公報特開2004-42012号公報特開2002-184775 号公報特開2001-515216号公報

上記のような従来技術に関する課題としては、ナノピラー構造体を電子ビームリソグラフィー法およびドライエッチング法などの方法を組み合わせた多段階工程により作製する場合に、非常に長い時間と手間を要していたことである。また、作製されるピラー構造体を構成する材料に限りがあり、分離する分子の性質に対応して、ピラー表面に吸着などを起こさない材料の選択が難しいという問題も存在する。また、作製時間が掛かりすぎることと同時に使用する材料が高価であるため、作製されたピラー構造体が高価でありこれは、今後、ナノ構造体による生体関連分子の分離法の普及において乗り越えなければならない、重大な問題の一つである。さらに、従来の電子ビームリソグラフィー法およびドライエッチング法を用いた方法においては、35nm以下の細孔周期で、アスペクト比の高い構造を作ることが難しいことから小さい分子サイズを持つ分子（例えば、DNA においては、数十塩基対を有する分子）の精密分離を行なう構造を作製することが現在の技術ではできない。また、微細加工で作製した金型をガラス転移点以上の温度に加熱したポリマーなどの材料に押し当てることにより、ピラー構造体を作製する場合（ナノインプリント法）には、アスペクト比の大きな構造体は、融解させた状態では構造を保つこと難しいため、その構造を安定的に供することができないという問題がある。アスペクト比の高い構造は、分離容量が大きく、つまり単位時間に分離する分子数を多くすることができ、高性能化に必要な要素である。

本発明者等は、これまで酸性水溶液中において適切な条件でアルミニウム基板を陽極酸化することにより、サブミクロンからナノメーターレベルの細孔が規則的に配列した高規則性陽極酸化ポーラスアルミナの作製法について考案してきた（例えば、特開平10-121292 号公報など）。例えば図２に示すように、ナノ細孔５が規則的に配列したポーラスアルミナ６をアルミニウム７の基板上に構成することができる。この高規則性陽極酸化ポーラスアルミナは、作製時の化成電圧をコントロールすることにより、細孔周期が35nmから500 nmで規則正しく細孔が並んだ構造が作製でき、また、アルミナ作製後、リン酸溶液などで、細孔内壁をエッチングすることにより、様々なサイズの細孔径を有する構造を作製することもできる。さらに細孔の長さは、化成時間により制御することもできる。

本発明者等は、上記のような高規則性陽極酸化ポーラスアルミナを用いて、規則的に配列した細孔に物質を充填して転写させることにより、目標とするナノピラー構造体を作製することができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の課題は、このような知見に基づき、所望のナノピラー構造体を容易にかつ安価に作製できる技術を提供することにあり、併せて、そのナノピラー構造体を使用した、生体関連分子の分離等に好適な分離用デバイスとその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るナノピラー構造体の製造方法は、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填した後、アルミナを除去することによりナノピラー構造体を作製することを特徴とする方法からなる。

すなわち、前述の如く、一定サイズの細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナの高規則性の細孔構造に物質を充填することにより、高規則性ポーラスアルミナの細孔構造が転写されたナノメーターレベルの柱が規則的に配列した構造を作製することができる。この方法を用いることにより、細孔内に物質を充填し、鋳型であるアルミニウムを除去することにより一段階の転写プロセスにより、容易にナノピラー構造が作製できる。例えば図３にこの方法の概念を示すように、規則的に配列したポーラスアルミナ６のナノ細孔５に物質を充填し（充填物８）、アルミナを除去することによりナノピラー構造体９を作製することができる。

この方法においては、例えば、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を融解させた状態で充填し、放冷することにより充填物質の構造を形成させ、その後、アルミナを除去することができる。ポーラスアルミナを鋳型として用い、細孔内に物質を充填し、充填物の構造が形成された後に鋳型のアルミニウムを除去することから、例えば、ポリマーを温めて、金型をインプリントする場合のような、ピラーが倒れたり、融合してしまうことはなく、高アスペクト比の構造の作製が可能である。あるいは、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填し、熱や光を利用する化学反応により充填物質の構造を形成させ、その後、アルミナを除去することもできる。

また、これらの方法においては、細孔が貫通孔化された陽極酸化ポーラスアルミナの細孔（特に、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔）に物質を充填し、さらにアルミナを前記物質で覆うことにより、作製されたナノピラーが倒れないように土台または／および屋根をナノピラーと一体に充填物質で作製することもできる。これによって、ピラーの柱の太さが小さな構造においてもピラーが倒れない、高アスペクト比の構造を作製することができる。

陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に充填する物質としては種々の物質を使用することが可能であり、例えば、ポリマー、モノマー、金属、金属塩、無機酸化物のいずれかを用いることができる。

この本発明に係る方法においては、様々なピラーの太さ、間隔、長さを有する構造の作製が可能である。また、細孔周期が小さい陽極酸化ポーラアルミナも作製することができることから、ピラー同士の間隔も小さい構造の作製が可能であり、小さな分子サイズを有する分子に関しても高分解能を示すピラー構造体を作製することができる。

例えば、本発明に係るナノピラー構造体の製造方法においては、細孔周期が35nmから500nm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。また、細孔径が12nmから400nm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。さらに、細孔の長さが100nm から50μm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。

本発明はまた、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填したものを流路中に組み込んだ後、アルミナを除去することにより流路中にナノピラー構造体を形成し、該ナノピラー構造体のナノピラー間のナノ空隙を分離用空隙として形成することを特徴とする、分離用デバイスの製造方法も提供する。

この分離用デバイスの製造方法においては、前述した本発明に係るナノピラー構造体の製造方法により上記ナノピラー構造体を形成することができる。

本発明に係るナノピラー構造体は、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質が充填された後アルミナが除去されることにより作製されたことを特徴とするものからなる。

このナノピラー構造体においては、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質が融解された状態で充填され、放冷されることにより充填物質の構造が形成された後アルミナが除去されている構成とすることができる。

また、熱や光を利用する化学反応により陽極酸化ポーラスアルミナの細孔への充填物質の構造が形成された後アルミナが除去されている構成とすることもできる。

さらに、細孔が貫通孔化された陽極酸化ポーラスアルミナの細孔（特に、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔）に物質が充填された後さらにアルミナが前記物質で覆われることにより、土台または／および屋根がナノピラーと一体に充填物質で作製されている構成とすることもできる。

陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に充填する物質としては、例えば、ポリマー、モノマー、金属、金属塩、無機酸化物のいずれかを用いることができる。

また、例えば、細孔周期が35nmから500nm である陽極酸化ポーラスアルミナ、細孔径が12nmから400nm である陽極酸化ポーラスアルミナ、細孔の長さが100nm から50μm である陽極酸化ポーラスアルミナが用いられている構成とすることができる。

本発明はまた、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填したものを流路中に組み込んだ後アルミナを除去することにより流路中に形成されたナノピラー構造体のナノピラー間のナノ空隙が分離用空隙として形成されていることを特徴とする分離用デバイスも提供する。

この分離用デバイスには、前述した本発明に係るナノピラー構造体が形成されている構成とすることもできる。

本発明に係るナノピラー構造体とその製造方法によれば、一定細孔サイズ、一定細孔間隔、細孔の直進性が良い陽極酸化ポーラスアルミナ基材の細孔内に物質を充填した後、ポーラスアルミナを除去することにより一定サイズのナノピラーがナノメーター間隔で規則正しく配列している構造を１段階の転写プロセスにより作製できるので、これまでナノピラー構造体を電子ビームリソグラフィー法およびドライエッチング法を用いた多段階工程から作製していたものに比べ、簡単にかつ安価に目標とするピラー構造体を作製することができる。

本発明に係る分離用デバイスとその製造方法は、種々の微細物質の分離に適用可能であり、とくに、上記のようなナノピラー構造体の特徴により、生体関連分子の分離に関する分野において、迅速分離のための分離デバイスを安価で提供することができ、臨床試験用だけでなく、個人用使い捨て検査キッドへの応用も期待できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
〔高規則性ポーラスアルミナの作製〕
ピラー構造体を作製する鋳型構造は、高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ（例えば、図２に示したようなもの）を用いる。高規則性陽極酸化ポーラスアルミナは、酸性溶液中における陽極酸化プロセスによって作製される。広範囲に高規則性が保たれる構造を得るには、例えば図４に示すように、アルミニウム７の基材に対し、特開平10-121292 号公報に開示された複数の突起を表面に備えた基板（例えば、SiC モールド１０）を陽極酸化するアルミニウム基板に圧着することにより（図４（２））、アルミニウム基板表面に窪みを形成し、この窪みを基点として陽極酸化しポーラスアルミナ６を形成する方法が用いられるのが望ましい（図４（３））。あるいは、二段階陽極酸化法（H. Masuda, M. Satoh, Jpn. J. Appl. Phys., 35, L126 (1996) ）により自己組織化的に均一なサイズの細孔が規則的に配列した構造を用いることもできる。次にアルミニウム基材をバリアー層１１を残した状態にて選択的に溶解し（図４（４））、ポーラス構造の底部に位置するバリアー層１１をリン酸でウエットエッチングする、または研磨により除去することにより、貫通化されたホール構造を得る（図４（５））。

〔ピラーアレイの作製〕
ピラー構造体の作製は、貫通孔化した物質を充填する。充填する物質１２としては、ポリマー材料、無機酸化物、金属などが挙げられる。ポリマー材料の充填方法としては、溶媒に溶かしたポリマーを直接充填し、溶媒を蒸発させることにより、形成させる方法と、ポリマーを形成させるためのモノマーおよび重合のための試薬を含んだ溶液を充填した後、熱や光によって重合することにより、構造体を形成する。同様に無機酸化物の場合においても、無機酸化物の原料となる物質を充填し、熱や光によって酸化物とする化学反応を起こさせる。これらのポリマー、無機酸化物によるピラー形成においては、細孔内に充填後、さらにポーラスアルミナの周りを覆うことにより、作製されたナノピラーが倒れないような土台と屋根を充填物質で補強した構造を作製することができる（図４（６））。最後にアルミニウムを水酸化ナトリウム、あるいは酸化クロム−リン酸の混合溶液により選択的に溶解除去することにより、ナノ空隙１３を有するナノピラー構造ができる（図４（７））。金属を細孔内に充填するためには、貫通孔化されたポーラスアルミナの片面に蒸着法により金属を被覆し、その後、被覆層を利用することにより、アルミナの片面全体を金属層によって覆う。その後、この被覆金属層を細孔内に金属を充填するための電極とすることにより、電気メッキ法により、もう一方の面から細孔にメッキ液が侵入し、細孔深部から金属が細孔内を充填する。充填後、最後にアルミナを水酸化ナトリウム、あるいは酸化クロム−リン酸の混合溶液により選択的に溶解除去することにより、ナノピラー構造ができる。この場合も電気メッキにより析出した金属が細孔を出て、アルミナ基材表面を十分に覆う程度までメッキを行うことにより、アルミナを除去した時に、ナノピラーが倒れないような土台と屋根を充填物質である金属で補強した構造を作製することができる。

実施例１
（ポリメタクル酸メチル(PMMA)による500nm 周期のナノピラーアレイの作製）
SiC モールド（500 nmの突起周期を持つ）を用いてアルミニウム板（５ｘ５ｘ0.014mm,純度99.99 %）表面に微細な凹凸パターンを転写し、りん酸溶液中で陽極酸化することにより、500nm の細孔周期を持つ高規則性ナノホール構造を得た。続いて飽和第二塩化水銀溶液に浸漬することによりアルミニウムを選択的に溶解除去した。
電解条件は以下の通りである。
電解液組成：りん酸5.0 g/l
電解電圧：200V定電圧
電解温度：０℃
電解時間：10分

次に、上記の陽極酸化皮膜を下記の条件でエッチング処理することにより、細孔を貫通孔化した。
エッチング条件は以下の通りである。
エッチング溶液組成：りん酸50 g/l
エッチング溶液温度：30℃
エッチング時間：20〜30分
このエッチング処理により、細孔周期500nm 、細孔径300nm 、細孔の長さ2.5 μm を持つ高規則性ナノホール構造を得た。

作製した陽極酸化ポーラスアルミナ膜を水洗し、乾燥した後、５重量％の過酸化ベンゾイルを含むメタクリル酸メチル(MMA)を真空下で上記膜に滴下してMMA を陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔に充填するとともにMMA でアルミナ膜を被覆した。続いてMMA をアルミナ膜とともに40℃で48時間加熱して重合し、アルミナ膜細孔内および膜上にPMMAを生成した。アルミナ膜を封入したPMMA固形物をアルミナ膜の両面が露出するように破断した。その後、リン酸−クロム酸混合溶液(85%リン酸35ml＋三酸化クロム20g/l 溶液）中に30℃で3 時間浸漬することにより、アルミナ鋳型を溶解除去し、ナノピラーが倒れないような土台と屋根を備えたPMMAのピラー構造体を作製した。ピラーの直径300nm 、ピラー間の間隔200nm 、アスペクト比8.3 の構造が作製できた。図５に、得られた構造の、高倍像で観察した図（ａ）と、低倍像で観察した図（ｂ）を示す。

実施例２
（100nm 周期のナノピラーアレイのPMMA作製）
SiC モールド（100nm の突起周期を持つ）を用いてアルミニウム板（５ｘ５ｘ0.014mm,純度99.99 %）表面に微細な凹凸パターンを転写し、りん酸溶液中で陽極酸化することにより、100nm の細孔周期を持つ高規則性ナノホール構造を得た。続いて飽和第二塩化水銀溶液に浸漬することによりアルミニウムを選択的に溶解除去した。
電解条件は以下の通りである。
電解液組成：しゅう酸5.0g/l
電解電圧：40V 定電圧
電解温度：16℃
電解時間：25分

次に、上記の陽極酸化皮膜を下記の条件でエッチング処理することにより、細孔を貫通孔化した。
エッチング条件は以下の通りである。
エッチング溶液組成：りん酸50g/l
エッチング溶液温度：30℃
エッチング時間：20分
このエッチング処理により、細孔周期100nm 、細孔径75nm、細孔の長さ0.62μm を持つ高規則性ナノホール構造を得た。

作製した陽極酸化ポーラスアルミナ膜を水洗し、乾燥した後、５重量％の過酸化ベンゾイルを含むメタクリル酸メチル(MMA)を真空下で上記膜に滴下してMMA を陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔に充填するとともにMMA でアルミナ膜を被覆した。続いてMMA をアルミナ膜とともに40℃で48時間加熱して重合し、アルミナ膜細孔内および膜上にPMMAを生成した。アルミナ膜を封入したPMMA固形物をアルミナ膜の両面が露出するように破断した。その後、リン酸−クロム酸混合溶液(85%リン酸35ml＋三酸化クロム20g/l 溶液）中に30℃で３時間浸漬することにより、アルミナ鋳型を溶解除去し、ナノピラーが倒れないような土台と屋根を備えたPMMAのピラー構造体を作製した。ピラーの直径75nm、ピラー間の間隔25nm、アスペクト比8.3 の構造が作製できた。

実施例３
（高アスペクト比の構造ナノピラーの作製）
SiC モールド（500nm の突起周期を持つ）を用いてアルミニウム板（５ｘ５ｘ0.014mm,純度99.99 %）表面に微細な凹凸パターンを転写し、りん酸溶液中で陽極酸化することにより、500nm の細孔周期を持つ高規則性ナノホール構造を得た。続いて飽和第二塩化水銀溶液に浸漬することによりアルミニウムを選択的に溶解除去した。
電解条件は以下の通りである。
電解液組成：りん酸5.0 g/l
電解電圧：200V定電圧
電解温度：０℃
電解時間：25、45、75分

次に、上記の陽極酸化皮膜を下記の条件でエッチング処理することにより、細孔を貫通孔化した。
エッチング条件は以下の通りである。
エッチング溶液組成：りん酸50g/l
エッチング溶液温度：30℃
エッチング時間：20〜30分
このエッチング処理により、細孔周期500 nm、細孔径300 nm、細孔の長さ2.5 、4.5 、7.5 μm を持つ高規則性ナノホール構造を得た。

作製した陽極酸化ポーラスアルミナ膜を水洗し、乾燥した後、５重量％の過酸化ベンゾイルを含むメタクリル酸メチル(MMA)を真空下で上記膜に滴下してMMA を陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔に充填するとともにMMA でアルミナ膜を被覆した。続いてMMA をアルミナ膜とともに40℃で48時間加熱して重合し、アルミナ膜細孔内および膜上にPMMAを生成した。アルミナ膜を封入したPMMA固形物をアルミナ膜の両面が露出するように破断した。その後、リン酸−クロム酸混合溶液(85%リン酸35ml＋三酸化クロム20g/l 溶液）中に30℃で３時間浸漬することにより、アルミナ鋳型を溶解除去し、ナノピラーが倒れないような土台と屋根を備えたPMMAのピラー構造体を作製した。ピラーの直径300nm 、ピラー間の間隔200nm 、アスペクト比8.3 、15、25の構造が作製できた。図６に、得られた構造を観察した図を示す（（ａ）はピラーの長さ2.5 μm のもの、（ｂ）はピラーの長さ4.5 μm のもの、（ｃ）はピラーの長さ7.5 μm のもの）。

実施例４
（ニッケル金属による500nm 周期のナノピラーアレイの作製）
実施例１と同様な方法によって細孔周期500nm 、細孔径300nm 、細孔の長さ2.5 μm を持つ高規則性ナノホール構造を得た。この作製過程においては、リン酸水溶液中において貫通孔化はまだ行わない。アルミナ表面にPt-Pd を10nmスパッタ蒸着した後、導通を取り、ワット浴を用いてNiを200 μm の厚さまでめっき（定電圧-1 V, 6 分, 対極: 白金板(1 cm²))した。この操作により細孔にNiを電析するための電極を作製した。次に、リン酸水溶液に浸漬することにより、バリヤー層を溶解させることにより、細孔の貫通孔化を行った。続いて、再度、ワット浴を用いて細孔内にNiを充填し、電析は、アルミナ表面を完全に覆うまで行った。その後、リン酸−クロム酸混合溶液(85%リン酸35ml＋三酸化クロム20g/l 溶液）中に30℃で３時間浸漬することにより、アルミナ鋳型を溶解除去した。作製したピラー構造体は、ピラーの直径300nm 、ピラー間の間隔200nm 、アスペクト比8.3 の構造であった。

実施例５
（ナノピラー構造体を組み込んだDNA 分離用デバイスの作製法(1) ）
実施例１と同様な方法によって細孔周期500nm 、細孔径200nm 、細孔の長さ2.5 μm を持つ高規則性ナノホール構造を有するポーラスアルミナ６を得た（図７（１））。作製したポーラスアルミナ基材（５mmｘ５mmｘ0.014mm ）をPMMA充填用の鋳型内に設置し、真空下で上記膜に滴下してMMA を陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔に充填するとともにMMA でアルミナ膜を被覆した。続いてMMA をアルミナ膜とともに40℃で48時間加熱して重合し、アルミナ膜細孔内および膜上にPMMA（充填物質としてのPMMA）を生成した（図７（２））。アルミナ膜を封入したPMMA固形物をアルミナ膜の両面が露出するように切断面１４で切断した（図７（３））。切断したポーラスアルミナを封入したPMMA固形物１６にDNA を流れ方向１５にて導入・検出するための流路１８およびその流路の屋根１７を作製し、接着した（図７（４））。最後に、水酸化ナトリウム水溶液（10wt%)においてアルミナを選択的に溶解除去することにより、ナノピラー構造体が組み込まれたDNA 分離用デバイスを作製した。

実施例６
（ナノピラー構造体を組み込んだDNA 分離用デバイスの作製法(2) ）
実施例１と同様な方法によって細孔周期500nm 、細孔径300nm 、細孔の長さ2.5 μm を持つ高規則性ナノホール構造を得た。作製したポーラスアルミナ基材（５mmｘ５mmｘ0.014mm ）をDNA が移動する流路（溝のサイズ５mmｘ0.014mm ｘ５mm）に設置し（図８（１））、その上から５重量％の過酸化ベンゾイルを含むMMA を真空下で上記膜に滴下してMMA を陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔に充填するための鋳型１９を置き、５重量％の過酸化ベンゾイルを含むMMA 溶液を流し込んだ（図８（２））。続いてMMA をアルミナ膜および流路とともに50℃で12時間加熱して重合し、アルミナ膜細孔内にPMMAを形成させた（図８（３）にポーラスアルミナにPMMAを充填したもの２０を示す）。その後、流路の屋根を接着により取り付けた後（図８（４））、水酸化ナトリウム水溶液（10wt%)においてアルミナを選択的に溶解除去することにより（図８（５））、ナノピラー構造体が組み込まれたDNA 分離デバイスを作製した。

実施例７
（200bpsと５kbpsのDNA の分離操作）
実施例６によって作製したナノピラー構造を組み込んだDNA 分離用デバイスを用いることにより、200bpsと５kbpsの分子サイズを持つDNA の分離を行った。DNA の電気泳動を起こさせる溶液に0.89mol/l トリス−ホウ酸＋20mmol/lEDTA水溶液(pH8.3)を用い、ナノピラー構造の両側に33 Vcm^-1の直流電圧を印加することにより、ピラーの直径250nm 、ピラー間の間隔250nm 、アスペクト比４、ピラー構造体が形成されている流路の長さ400 μm、流路の幅400 μm のピラー構造体からの流出時間を比較した（図９）。分離に用いたDNA は蛍光色素によって標識することにより、ナノピラー構造体の下流において蛍光顕微鏡を用いて泳動してくるDNA を検出した。200bpsの分子サイズを持つDNA の場合、多くのDNA がナノピラー構造体内を移動してくることが電気泳動開始時から確認できるが、５kbpsの分子サイズを持つDNA の場合には、DNA が流出してくる時間が40分かかり、ナノピラー構造内での保持時間に差があることを確認し、DNA が分子サイズの違いにより分離できることが確認できた。

ナノピラー構造体による生体関連分子の分離を示す模式図である。高規則性陽極酸化ポーラスアルミナの構造を示す模式図である。高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ細孔構造転写によるピラー構造作製法の概念図である。高規則性陽極酸化ポーラスアルミナ細孔構造転写によるピラー構造作製工程の模式図である。実施例１における陽極酸化ポーラスアルミナの細孔内にPMMAを充填することにより作製したピラー構造体を観察した図である。実施例３における陽極酸化ポーラスアルミナの細孔内にPMMAを充填することにより作製したピラー構造体を観察した図である。ナノピラー構造体を組み込んだDNA 分離用デバイスの作製工程(1)を示す模式図である。ナノピラー構造体を組み込んだDNA 分離用デバイスの作製工程(2)を示す模式図である。分子サイズの違うDNA を用いた分離実験結果を示すグラフである（●：200bps DNA、○：5kbps DNA ）。

符号の説明

１短い分子鎖を持つDNA
２長い分子鎖を持つDNA
３蛍光色素Ａ
４蛍光色素Ｂ
５ナノ細孔
６ポーラスアルミナ
７アルミニウム
８充填物質
９ナノピラー構造体
１０ SiC モールド
１１バリヤー層
１２充填物質（PMMA）
１３ナノ空隙
１４切断面
１５ DNA が流れる方向
１６ポーラスアルミナを封入したPMMA固形物
１７ DNA 導入・検出用流路屋根
１８ DNA 導入・検出用流路
１９ MMA をポーラスアルミナ上部のみに流し込むための鋳型
２０ポーラスアルミナにPMMAを充填したもの
１０１ナノピラー
１０２ナノピラー構造体

Claims

陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填した後、アルミナを除去することによりナノピラー構造体を作製することを特徴とする、ナノピラー構造体の製造方法。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を融解させた状態で充填し、放冷することにより充填物質の構造を形成させ、その後、アルミナを除去する、請求項１のナノピラー構造体の製造方法。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填し、熱や光を利用する化学反応により充填物質の構造を形成させ、その後、アルミナを除去する、請求項１のナノピラー構造体の製造方法。
細孔が貫通孔化された陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填し、さらにアルミナを前記物質で覆うことにより、土台または／および屋根をナノピラーと一体に充填物質で作製する、請求項１〜３のいずれかに記載のナノピラー構造体の製造方法。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に充填する物質として、ポリマー、モノマー、金属、金属塩、無機酸化物のいずれかを用いる、請求項１〜４のいずれかに記載のナノピラー構造体の製造方法。
細孔周期が35nmから500nm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いる、請求項１〜５のいずれかに記載のナノピラー構造体の製造方法。
細孔径が12nmから400nm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いる、請求項１〜６のいずれかに記載のナノピラー構造体の製造方法。
細孔の長さが100nm から50μm である陽極酸化ポーラスアルミナを用いる、請求項１〜７のいずれかに記載のナノピラー構造体の製造方法。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填したものを流路中に組み込んだ後、アルミナを除去することにより流路中にナノピラー構造体を形成し、該ナノピラー構造体のナノピラー間のナノ空隙を分離用空隙として形成することを特徴とする、分離用デバイスの製造方法。
請求項２〜８のいずれかに記載の方法によりナノピラー構造体を形成する、請求項９の分離用デバイスの製造方法。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質が充填された後アルミナが除去されることにより作製されたことを特徴とするナノピラー構造体。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質が融解された状態で充填され、放冷されることにより充填物質の構造が形成された後アルミナが除去されている、請求項１１のナノピラー構造体。
熱や光を利用する化学反応により陽極酸化ポーラスアルミナの細孔への充填物質の構造が形成された後アルミナが除去されている、請求項１１のナノピラー構造体。
細孔が貫通孔化された陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質が充填された後さらにアルミナが前記物質で覆われることにより、土台または／および屋根がナノピラーと一体に充填物質で作製されている、請求項１１〜１３のいずれかに記載のナノピラー構造体。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に充填する物質として、ポリマー、モノマー、金属、金属塩、無機酸化物のいずれかが用いられている、請求項１１〜１４のいずれかに記載のナノピラー構造体。
細孔周期が35nmから500nm である陽極酸化ポーラスアルミナが用いられている、請求項１１〜１５のいずれかに記載のナノピラー構造体。
細孔径が12nmから400nm である陽極酸化ポーラスアルミナが用いられている、請求項１１〜１６のいずれかに記載のナノピラー構造体。
細孔の長さが100nm から50μm である陽極酸化ポーラスアルミナが用いられている、請求項１１〜１７のいずれかに記載のナノピラー構造体。
陽極酸化ポーラスアルミナの細孔に物質を充填したものを流路中に組み込んだ後アルミナを除去することにより流路中に形成されたナノピラー構造体のナノピラー間のナノ空隙が分離用空隙として形成されていることを特徴とする分離用デバイス。
請求項１２〜１８のいずれかに記載のナノピラー構造体が形成されている、請求項１９の分離用デバイス。