JP2007196099A - 溶液吐出装置及び溶液吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出した溶液を乾燥させるにあたって、この溶質が液滴の隅へ移動することを防いで、均一な厚みのドットを作製することができる。
【解決手段】基板Ｋ上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具１０を備えると共に、先端２０ａが基板Ｋ上あるいは基板Ｋ上近傍に位置された棒状の補助具２０を備え、補助具２０の先端２０ａは、溶液吐出具１０から基板Ｋ上に吐出された溶液５０が乾燥するまでの間、その吐出された溶液５０と接触する接触位置を維持するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶液吐出装置及び溶液吐出方法に関し、特に、ドット状に吐出（液滴）させた極微量の溶液を乾燥させた場合に、リング状（輪染み）に析出してしまうことを防止することが可能な溶液吐出装置および溶液吐出方法に関する。

近年、フォトリソグラフィー技術の発展とともに、金属、半導体、ガラス、樹脂などの固体表面に、数〜数百マイクロメートルレベルというサイズの加工を施すことや、これらを材料として微細な構造をもつデバイスを作製することが広く一般的に行われるようになってきた。さらに、ナノテクノロジー時代の到来により、電子線などを利用することによりマイクロメートル以下、つまりナノメートルレベルのサイズの加工も研究レベルから実用レベルヘ移行しつつあり、単一原子や単一分子を制御することによってナノメートルレベルの大きさの構造物を作製することも可能となってきている。このような技術は、マイクロファブリケーション技術、ナノファブリケーション技術と称されており、ナノバイオと称される技術分野、つまり、生体計測などのバイオテクノロジーへ応用されるようになってきている。

そのひとつである生体計測においては、生物が有する利点を用いるのがもっとも効率的である。その利点とは、生体反応の高特異性や高反応性であり、具体的には、抗原抗体反応、酵素反応、相補するＤＮＡの選択的結合などである。マイクロファブリケーション技術やナノファブリケーション技術を用いて製造したチップに加工を施し、生体特異性と生体高反応性をもたせた生体計測用のバイオチップとすることは、ナノバイオにおいては重要な技術となってきている。

このような生体における反応は、ほとんどが溶液中での反応である。そのため、このような生体反応を利用するためには、溶液を制御する技術が不可欠である。つまり、微細加工したデバイスを生体計測できるように加工するためには、ごく微量の溶液を精度よく扱う技術が求められる。また、酵素や抗体などの試薬は非常に高価であるため、微量な溶液を無駄にすることなく効率よく使用したいという要請もある。

そこで、これまでは、マイクロファブリケーション技術を生体計測に応用した例に、生体から抽出したＤＮＡを分析するために用いる微小な素子であるＤＮＡチップがある。このＤＮＡチップは、ＤＮＡを含む微量な溶液を制御して作製する。具体的には、このＤＮＡチップの作製にあたっては、インクジェットプリンタのインク吐出技術などが用いられており、異なる種類のＤＮＡの溶液を微小なスペースの上に吐出して乾燥させることによって作製されるようになっている。同様に、タンパク質溶液を吐出して作製するプロテインチップも。近年作製され、市販されるに至っている。また、ＤＮＡチップ、プロテインチップの両者について、ドット（液滴された溶液を乾燥させたもの）のサイズは、通常、直径数百マイクロメートルであり、数千から数万という数のドットによりチップが作製されている。

つまり、図１０に示すように、フラットな基板Ｋ上にタンパク質などの溶質を溶解した溶液を液滴状に吐出する（符号１０１）。この場合においては、その溶液の表面張力によって、ドーム型形状となっている。そして、この溶液を乾燥していくと、徐々に、このドーム型がつぶれてゆく（符号１０２）。さらに、この溶液を乾燥していくと、通常、輪染みと呼ばれるようなリング状に固形物が残留する（符号１０３）。それは溶液が表面張力の影響で乾燥する際に、液滴の隅へ溶質が移動していくために起きる現象である。このような輪染みが形成される場合、リング状の部分には大量の溶質が析出し、リング中央部には溶質が全く存在しない。このため、析出表面積が非常に小さくなり、ドットにおける吸光度や蛍光強度の測定時に、感度や精度が非常に悪くなってしまうという問題が生ずる。

このような溶液がリング状に残留してしまう問題を解決するにあたって、次のような技術が知られている（例えば、非特許文献１、及び非特許文献２参照）。例えば、溶質を溶解する溶媒を変えることや基板の表面粗さを変えることによって、溶液の表面張力をコントロールしてリング状に残留してしまうのを回避したり、また、溶媒の乾燥時の液滴周辺の湿度や温度を精細に制御することによって、溶液がリング状に残留してしまうのを回避したりする手法が知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。上述のような手法によれば、タンパク質溶液を、ドット状に液滴することができながら、その液滴された厚みを均一にしながら塗布させることが可能となり、ＤＮＡチップやプロテインチップなどに応用が可能となった。
T. Onda他 Super-Water-Repellent Fractal Surfaces，Langmuir （米国 American Chemical Society 1996.5.1 12巻 9号 2125〜2127ページ） Y. Suzuki他 ＦＲＰの親水性技術表面技術 （日本 日立化成テクニカルレポート 2005.1 44巻 35〜40ページ）

しかしながら、これらの手法は、複雑なプロセスを必要とするがゆえに、非常に煩雑なものとなっていた。また、溶質の性質上、溶媒の種類を限定するものであったり、基板の都合上、表面粗さを変えることが不可能であったりして、実験室レベルで簡便に行うことはできない問題が残されていた。そのため、実験室でも行えるような簡易な方法でありながら、なるべく厚みが均一なドットを吐出作製する技術が必要不可欠の段階にきていた。
本発明は、このような事情に鑑み、その目的は、吐出した溶液を乾燥させるにあたって、溶質が液滴の隅へ移動することを防いで、均一な厚みのドットを作製することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、以下の手段の溶液吐出装置及び溶液吐出方法を提供する。
すなわち、請求項１に係る溶液吐出装置は、基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具を備えた溶液吐出装置であって、先端が基板上あるいは基板上近傍に位置された棒状の補助具を備え、前記補助具の先端は、前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液が乾燥するまでの間、その吐出された溶液と接触する接触位置を維持するように配置されていることを特徴とする。
請求項２に係る溶液吐出装置は、請求項１に記載の溶液吐出装置において、前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端が、水平方向及び鉛直方向に振動可能に構成されていることを特徴とする。
請求項３に係る溶液吐出装置は、請求項１または請求項２に記載の溶液吐出装置において、前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端の表面が、凹凸状に粗く形成されていることを特徴とする。
請求項４に係る溶液吐出装置は、請求項１または請求項２に記載の溶液吐出装置において、前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端の表面に、自己集合膜が被覆されていることを特徴とする。
請求項５に係る溶液吐出装置は、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の溶液吐出装置において、前記補助具が、前記溶液吐出具を兼ねて構成されていることを特徴とする。
請求項６に係る溶液吐出装置は、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の溶液吐出装置において、前記補助具の材質に、ガラスが選択されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る溶液吐出方法は、基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出方法であって、基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具によって基板上に液滴状に溶液を吐出させ、棒状の補助具の先端が、その吐出された溶液が乾燥するまでの間、その溶液に接触させることを特徴とする。
請求項８に係る溶液吐出方法は、請求項７に記載の溶液吐出方法において、前記溶液吐出具によって基板上に液滴状に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端が、その吐出された溶液が乾燥するまでの間、その溶液に接触させたままの状態で、水平方向及び鉛直方向に振動することを特徴とする。
請求項９に係る溶液吐出方法は、請求項７または請求項８に記載の溶液吐出方法が、基板上の同一箇所において、複数回に亘って繰り返し行われることを特徴とする。
請求項１０に係る溶液吐出方法は、請求項７から請求項９のうち何れか一項に記載の溶液吐出方法において、前記溶液吐出具によって基板上に液滴状に吐出された溶液が、その基板上に設けられた電極上にめがけられたものであることを特徴とする。

つまり、溶液吐出装置は、基板上あるいは基板からごく近い位置にその先端を配置した棒状の補助具を利用して、吐出した溶液が乾燥する際に隅に移動することを防ぎ、均一な厚みのドットを作製することにポイントがある。この手法では、あらかじめ基板上あるいは基板からごく近い位置に先端を配置した棒状の補助具の近傍から溶液を吐出し、乾燥するまでの時間において、その棒状の補助具はそのまま配置しておくことにより、乾燥時に溶質が滴の隅へ移動してリング状（輪染み）になってしまうのを防ぐことができる。

あるいは、溶液を吐出した後から棒状の補助具を液滴上に配置させ、乾燥するまで固定しておくことも可能である。また、乾燥時においては、補助具を固定するだけでなく溶液が均一に乾燥するように、液滴内を上下あるいは水平方向に動かすことも可能である。

一方、補助具に関しては、先端の形状やサイズを制御することができるものであれば、どのような材料が選択されるものであっても構わない。たとえば、ガラス、金属、カーボン、シリコンなどの何れかの材料が選択されるものであっても問題のないものとされる。また、その表面には、自己集合膜を被覆することによって、親水性、疎水性を変化させることが可能であり、そうすることによって表面張力を変えることができ、ドット膜厚やドット形状も変えることが可能となる。

さらに、補助具に関しては、基板に接する、あるいは基板に最も近い部分の表面に凹凸を付けておくこともできる。これによって、これまでは、基板上の表面粗さを変えることによってコントロールしていた表面張力を、補助具の表面粗さを変えることによってコントロールすることができるようになる。

さらに、同一の箇所において溶液の吐出と乾燥を繰り返すことでより均一な厚みのドットを作製することもできる。この場合においても、補助具を使用することで、さらに厚みの均一化を増すことが可能である。この補助具を使用することで、基板の表面粗さを変えることができないような基板上においても、また、溶媒を変えることができないような溶液を用いた場合においても、均一な厚みのドットを作製することが可能となる。

吐出する基板としては、シリコン、ガラス、アクリル樹脂などを選択することができ、透明な基板を用いれば、倒立型顕微鏡で観察しながら吐出することができるので有利である。さらに、これらの上にあらかじめフオトレジストを用いて吐出部をパターニングしておけば、複数のドットを作製することが容易になる。また、用途に応じて基板上に金属などにより、単数あるいは複数の電極を作製しておくことも可能である。

この電極の材料としては、金や白金、タングステンなどの金属、金属酸化物、カーボン、有機物、導電性高分子などの導電性材料、半導体材料を用いることができる。また、必要であれば、これらを組み合わせて材料とすることも可能である。
また、吐出する溶媒としては、水、エタノール、メタノール、アセトン、トルエンなどの一般的な有機溶媒を選択することが可能であり、また、それらを適宜混合したものを選択することも可能である。さらに、溶液の粘度を変えるためにグリセロールや液体パラフィンなどを混合することも可能である。

溶解する溶質としては、タンパク質、アミノ酸、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸、合成高分子、蛍光などの色素、表面を修飾したポリスチレン製などのナノサイズの粒子などが挙げられる。なお、溶解する溶質は、これらを混合してなるものであってもよい。
電極上に吐出する場合には、電気化学的あるいは電気的に活性な化学物質を含む溶液を吐出することも意味がある。

例えば、オスミウムビピリジル、ルビジウムビピリジル、ベンゾフェノン、アントラセン、フェロセン錯体、フィリシアン錯体などの、一般的に用いられている電子移動メディエータや、ポリピロールなどの導電性高分子、金属微粒子、金属酸化物微粒子、カーボン微粒子、金属ペースト、カーボンペーストなどがある。さらに、電気化学的あるいは電気的に活性な物質のみならず、反応生成物が電気化学的あるいは電気的に活性であるような酵素にあっても使用可能である。

ドット径については、サイズが大きい場合には、溶質の移動を防ぐことが難しいため、上記手法では均一な厚みのドットを作製することが困難であるが、１００μｍ以下のドットの場合には、溶媒の表面張力などの兼ね合いにより、均一性を制御することが可能である。

本発明に係る溶液吐出装置及び溶液吐出方法によれば、吐出した溶液を乾燥させるにあたって、この溶質が液滴の隅へ移動することを防いで、均一な厚みのドットを作製することができる。

〔第１の実施の形態〕
次に、本発明に係る溶液吐出装置及び溶液吐出方法の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下において説明する、本発明に係る均一な厚みのドットを作製するための溶液の吐出装置およびその方法は、棒状（先端加工が無い）の補助具を用いた例である。図１は溶液吐出装置の概念図、図２は補助具の先端箇所を拡大した図である。

図１の概念図における符号１は、本発明に係る溶液吐出装置を示している。この溶液吐出装置１は、基板Ｋ上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具１０と、棒状の補助具２０を備えて構成される。具体的には、この溶液吐出具１０としては、ガラスキャピラリーが用いられており、その先端１０ａから、液滴状の溶液５０が吐出されるようになっている。なお、この溶液吐出具１０の先端１０ａは、図２の拡大外観図に示すように、吐出される液滴状の溶液５０の外径よりも小さな径となっている。具体的には、このガラスキャピラリーで構成された溶液吐出具１０の先端１０ａの外径は、約３０μｍに設定されている。

また、補助具２０としては、図２の拡大外観図に示すように、ガラスワイヤが用いられている。この補助具２０は、その先端２０ａに向かうにしたがって、徐々に細くなるように構成されている。そして、その先端２０ａは、最も細くされており、溶液吐出具１０によって吐出される溶液の外径よりも小さな径となっている。この補助具２０は、棒状のガラスを、キャピラリープラーを用いて引くことによって、この先端２０ａに向かうにしたがって、細くなったガラスワイヤ（ガラス棒）としたものであり、これによって、この補助具２０の先端２０ａは徐々に細くなるように構成される。具体的には、このガラスワイヤで構成された補助具２０の先端２０ａの外径は、溶液吐出具１０と同様の約３０μｍに設定されている。

また、この補助具２０は、マイクロマニピュレータ３０に取り付けられて操作可能に支持されている。このように、補助具２０は、マイクロマニピュレータ３０に操作可能に支持されることによって、水平方向及び鉛直方向（ＸＹＺ方向）に、移動可能に且つ振動可能に構成される。さらに、溶液吐出具１０から基板Ｋ上に吐出された、液滴状の溶液５０と対向する位置においては、実態顕微鏡とされる倒立顕微鏡４０が設置されている。また、基板Ｋとしては、ガラス基板が用いられている。この例の基板Ｋは、この基板Ｋ上にフォトレジストを塗布してなるものが用いられている。また、溶液吐出具２０から吐出される溶液としては、１％ＢＳＡ水溶液が用いられている。

このように構成された溶液吐出装置１は、次のように溶液を吐出する。すなわち、基板Ｋ上に補助具（ガラスワイヤ）２０の先端２０ａが配置されるように、この補助具２０を設置する。そして、この補助具２０の先端２０ａの先に向かって、溶液吐出具（ガラスキャピラリー）１０から溶液を吐出する。そうすると、その吐出された溶液は、その補助具２０の先端２０ａの近傍に位置された基板Ｋ上において、液滴状の溶液５０が付着される。この際、補助具２０の先端２０ａは、この基板Ｋ上の溶液５０に接した状態となっている。そして、この溶液５０を溶液吐出具１０からを吐出してから１秒後に、補助具２０を基板Ｋ上から撤去し、この溶液５０を自然乾燥させてドットとした。なお、この溶液５０が完全に乾ききる前であっても、本発明における「溶液が乾燥するまでの間」であることを意味する。また、この溶液５０の吐出および乾燥の間は、上述した倒立顕微鏡４０により観察する。

このように構成された溶液吐出装置１によって吐出し、その溶液を乾燥させてなるドットの形状については、共焦点レーザー顕微鏡により観察する。次に、このドットについて、比較例と共に図を参照しながら説明する。つまり、図３は、乾燥後のドットＤの形状を示す斜視図である。詳しくは、図３（ａ）は補助具２０を用いていない場合によるドットの形状を示す図であり、図３（ｂ）は補助具２０を用いた場合によるドットの形状を示す図であり、図３（ｃ）は補助具２０を用いて１０回繰り返して吐出して乾燥した場合によるドットの形状を示す図である。なお、このドットＤ１〜Ｄ３の外径は、１００μｍとなっている。

図３（ａ）に示すように、補助具２０を用いていない場合には、溶液５０が乾燥してなるドットＤ１の中央部には、ほとんど溶質が存在せず、全体としてリング状に形成されたものとなっていた。これに比して、補助具２０を用いた場合には、図３（ｂ）に示すように、ドットＤ２の厚みは完全には均一ではないが、図３（ａ）に示すような補助具２０を用いていない場合と異なり、中央部にも溶質が析出していた。さらに、補助具２０を用いて、同一箇所において溶液５０を吐出し乾燥させる手順を１０回繰り返した場合には、図３（ｃ）のように、中央部の析出量が増加することとなった。つまり、ドットＤ３は、ドットＤ１のようなリング状を防ぐことができたという結果が得られた。また、この補助具２０が溶液５０に接触している間においては、この補助具２０を、マイクロマニピュレータ３０により水平方向及び鉛直方向（ＸＹＺ方向）に振動させていてもよい。このような場合には、ドットの厚みをより好ましく均一にすることができる。

ここで、上述の３態様のドットＤ１〜Ｄ３（Ｄ３については、吐出乾燥回数が１回、２回、３回、５回、７回、１０回）についての中央部の平均膜厚について測定した。この測定された中央部膜厚については図４のグラフに示す。なお、この図４に示すグラフは、横軸には溶液５０を吐出して乾燥させた吐出乾燥回数が、また、縦軸には中央部の膜厚となる中央膜厚が取られている。

この図４のグラフに示すように、補助具２０を用いていない場合の溶液５０が乾燥してなるドットＤ１の中央部膜厚は、４．３ｎｍ（ｇ１）となった。これに比して、補助具２０を用いた場合の溶液５０が乾燥してなるドットＤ２の中央部膜厚は、２２．６ｎｍ（ｇ２）となった。そして、補助具２０を用いて、溶液５０を吐出して乾燥させた吐出乾燥回数を１回（ｇ２）、２回（ｇ３）、３回（ｇ４）、５回（ｇ５）、７回（ｇ６）、１０回（ｇ７）を選択した場合のドットＤ３の中央部膜厚は、この図４のグラフに示すように、この吐出乾燥回数が増加するにしたがって右肩上がりに増加していった。つまり、この中央部膜厚は、補助具２０を用いた場合にあっては、補助具２０を用いていない場合に比して、約８倍厚くすることができた。

なお、この例における基板Ｋの材料としては、フォトレジストを塗布したガラス基板を用いていたが、これのほかに、シリコンやアクリルなどの樹脂をはじめとした適宜の材料が選択されるものであっても、何ら問題のないものとされる。また、この基板Ｋは、溶液５０として水溶液を使用する場合には、表面が疎水性を有した基板である場合の方が使用され易くなる。さらに、この例における吐出される溶液５０の材料としては、ＢＳＡ溶液を用いていたが、蛍光物質を含む溶液を用いた場合には、観察時において、蛍光強度によってドット形状を推察することも可能となって好適である。また、その表面は、自己集合膜を被覆することによって、親水性、疎水性を変化させるようにしてもよい。そうすることによって表面張力を変えることができ、ドット膜厚やドット形状も変えることが可能となる。

また、この例における補助具２０にあっては、溶液吐出具１０とは別個設けられるようにして構成されるものであったが、この溶液吐出具１０が、この補助具２０として機能するように構成されるものであってもよい。具体的には、この溶液吐出具１０が、上述したマイクロマニピュレータ３０に取り付けられて操作可能に支持されるようにしてもよい。このような場合には、溶液吐出具１０の先端１０ａが補助具２０の先端２０ａとして機能する。また、溶液吐出具１０は、マイクロマニピュレータ３０に操作可能に支持されることによって、水平方向及び鉛直方向（ＸＹＺ方向）に、移動可能に且つ振動可能に構成される。

〔第２の実施の形態〕
次に、上述した第１の実施の形態とは異なる第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下において説明する、本発明に係る均一な厚みのドットを作製するための溶液の吐出装置およびその方法は、補助具の先端が第１の実施の形態とは異なる加工がなされた例である。また、上述の第１の実施の形態と同様に構成される箇所においては、同一の符号を付して、その説明を省略する。

この第２の実施の形態における溶液吐出装置１Ａは、上述した補助具２０の先端２０ａに適宜の加工がなされている。具体的には、図５に示すように、補助具２０の先端２０ａには、凹凸状に粗く形成されている。なお、この例においても、上述の第１の実施の形態の溶液吐出装置１と同様に、溶液吐出具１０としてはガラスキャピラリーが用いられており、補助具２０としてはガラスワイヤ（ガラス棒）が用いられている。また、この補助具２０も図示していないマイクロマニピュレータによって支持されて操作される。

図６は溶液吐出装置１Ａを用いて基板Ｋ上に形成されたドットＤの鉛直方向断面を示す概念図、図７は電極ごとにドットが形成された基板の上面図である。このガラスワイヤからなる補助具２０の先端２０ａには、グラインダを用いて凹凸状にされた凹凸部２１が作製されている。また、この例の基板Ｋとしては、ガラス上に酸化インジウムスズ製の平板微小アレイ電極Ｅがパターニングされたものを用いている。このパターニングされる平板微小アレイ電極（ＩＴＯ電極）Ｅは、図７の上面図に示すように、一辺５０μｍで構成され、その電極間同士の距離は２５０μｍに設定されている。また、吐出される溶液には、オスミウムビピリジル及びペルオキシダーゼを含むポリマー溶液が用いられている。そして、この溶液を平板微小アレイ電極Ｅのそれぞれの上に、同量の溶液を吐出するようにして、ドットＤを形成した。なお、この基板Ｋ上において溶液を吐出及び乾燥する場合においては、上述の通り、実体顕微鏡とされる倒立顕微鏡によって観察する。

上述の第１の実施の形態のように、溶液吐出具２０によって基板Ｋの平板微小アレイ電極Ｅごとに溶液５０を吐出し、補助具２０を接触させたまま乾燥する手順を複数回繰り返すことによってドットＤを平板微小アレイ電極Ｅの上に形成した。このようにして得られたドットＤは、図６に示すように、ドットＤの縁の膜厚と中央部の膜厚とは均一性が向上したものとなった。なお、この例に用いられた上述の溶液は、電気化学的に活性であるだけでなく、可視光を吸収する性質を有する。これによって、図７に示すように、ドットＤの縁の部分は濃い色になっており、このドットＤの縁の厚みが増していることを表している。

次に、この平板微小アレイ電極Ｅ上に形成されたドットＤを、４℃で１晩乾燥させた後、この倒立顕微鏡４０に設置されたデジタルカメラ（Coolpix995 株式会社ニコン製）を用いて写真撮影し、ドットＤの中央部の相対可視吸光度を測定した。このデジタルカメラにより撮影した各ドットについて、中央部の相対的な平均グレー値を、画像分析ソフト（ImageJ）を用いて求め、相対可視吸光度とした。この結果は、図８のグラフに示す。なお、この図８に示すグラフは、横軸には溶液５０を吐出して乾燥させた吐出乾燥回数が、また、縦軸には相対可視吸光度が取られている。

この図８のグラフに示すように、補助具２０を用いた場合の溶液５０が乾燥してなるドットの相対可視吸光度（ｈ１＝１．００）は、補助具２０を用いていない場合の溶液５０が乾燥してなるドットの相対可視吸光度（ｈ２＝０．３５）に比して高いものとなった。そして、補助具２０を用いて、溶液５０を吐出して乾燥させた吐出乾燥回数を１回（ｈ２）、２回（ｈ３）、３回（ｈ４）、５回（ｈ５）、７回（ｈ６）、１０回（ｈ７）を選択した場合のドットの相対可視吸光度は、この図８のグラフに示すように、この吐出乾燥回数が増加するにしたがって右肩上がりに増加していった。つまり、これは、上述の第１の実施の形態のように、ドットの中央部の膜厚が増加したためであると考えられる。そして、このことは、補助具２０を使用することによって、ドットの感度が増加することを示している。すなわち色素を用いた吸光度計測、蛍光強度計測等の測定において、補助具２０を使って吐出し乾燥させ形成されたドットは、感度において有利であることが分かった。

また、リン酸緩衝液中で過酸化水素溶液を添加した際に生じる各電極の電流値の変化を、マルチポテンシオスタットを用いてクロノアンペロメトリー法により測定した。このクロノアンペロメトリー法を用いて検討した結果を図９のグラフに示す。なお、この図９に示すグラフは、横軸には時間が、また、縦軸には電流値が取られている。また、この測定は、ＨＥＰＥＳ緩衝溶液内で行い、溶液中にペルオキシダーゼの基質である過酸化水素溶液を添加した際の電極における電流変化を測定した。なお、図９（ａ）は補助具２０を用いずにドットを形成した場合のグラフであり、図９（ｂ）は補助具２０を用いてドットを形成した場合のグラフである。

電極電位は−２００ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ、対極には白金線を用い、３電極式で行った。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、補助具２０を用いずドットを形成した場合に比して補助具２０を用いてドットを形成した場合には、電流値の変化量が大きくなっていることが確認された。このことは、ドットの厚みの均一性が増して、中央部にも十分な反応活性物質が存在し、見かけの表面積が増して、外部溶液中の過酸化水素が電極表面にあるペルオキシダーゼと反応しやすくなったことを意味している。このことから、補助具２０を用いてドットを形成することにより、リン酸緩衝液中で過酸化水素溶液を添加した際に生じる各電極の電流値の変化が増大した、つまり、感度が向上したセンサを作製することができるようになった。

なお、上述の例においては、電極の材料として酸化インジウムスズを用いたが、そのほかの金属や金属酸化物、半導体材料、カーボンなどを用いることも可能である。さらに、上述の例においては、電極を四角形の平板微小電極としているが、各電極の電極面積が同一である限り、形状やサイズは問わないものとされる。さらに、吐出される溶液の材料としては、オスミウムビピリジルおよびペルオキシダーゼを含むポリマー溶液を用いたが、この例に限定されることなく、溶質、溶媒の種類は問わないものとされる。また、測定には、マルチポテンシオスタットを使用して一度に複数の電極について測定を行う必要はなく、一般的なシングルチャネルのポテンシオスタットにより一点ずつ評価することも可能である。

以上、本発明に係る溶液吐出装置及び溶液吐出方法によれば、基板上に吐出された溶液を乾燥する際に、溶質が液滴の隅に移動すること防いで、均一な厚みのドットを作製することができる。また、この例の溶液吐出装置及び溶液吐出方法をナノテクノロジーにおける生体計測に応用する場合には、高価な生体関連試薬をなるべく微量な量使用して、効率よく吐出して乾燥させることができる。これによって、簡易でありながら、溶液を乾燥させる場合において固定させることができ、乾燥時に溶質が移動してドットがリング状になってしまって非効率な生体デバイスとなってしまう不具合を解消することができる。

この手法によって作製したドットは、現在産業で利用されているような手法（基板表面の表面粗さを変えるなどの手法）と比較すると完全に均一な厚みのドットを作製することは難しいが、簡便な方法で実験室レベルの簡易な装置で行うことができるという意味で非常に有利なものであるといえる。このように、微量の溶液を用いて均一な厚みのドットを作製することができ、非常に高感度なバイオセンサチップの実現等に応用でき、今後発展が著しいと期待されるナノテクノロジーとバイオテクノロジーの融合分野において、きわめて有効であり、広い分野で利用される可能性はきわめて大きい。

なお、本発明に係る溶液吐出装置及び溶液吐出方法は、上述したような実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜に選択して構成することができる。

本発明に係る溶液吐出装置の概念図（第１の実施の形態）である。 図１の補助具の先端箇所を拡大した図である。 乾燥後のドットの形状を示す斜視図である。 吐出乾燥回数と中央部膜厚との関係を示すグラフである。 図２の別の例の拡大した図（第２の実施の形態）である。 ドットが形成された基板の鉛直方向断面を示す概念図である。 電極ごとにドットが形成された基板の上面図である。 吐出乾燥回数と相対可視吸光度との関係を示すグラフである。 従来の多層光ホログラムメモリの構造を示す図である。 クロノアンペロメトリー法により測定した、時刻と電流の変化の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 溶液吐出装置
１０ 溶液吐出具
２０ 補助具
２０ａ 補助具の先端
５０ 溶液
Ｋ 基板

Claims (10)

1. 基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具を備えた溶液吐出装置であって、
   先端が基板上あるいは基板上近傍に位置された棒状の補助具を備え、
   前記補助具の先端は、前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液が乾燥するまでの間、その吐出された溶液と接触する接触位置を維持するように配置されていることを特徴とする溶液吐出装置。
2. 請求項１に記載の溶液吐出装置において、
   前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端が、水平方向及び鉛直方向に振動可能に構成されていることを特徴とする溶液吐出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の溶液吐出装置において、
   前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端の表面が、凹凸状に粗く形成されていることを特徴とする溶液吐出装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の溶液吐出装置において、
   前記溶液吐出具から基板上に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端の表面に、自己集合膜が被覆されていることを特徴とする溶液吐出装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の溶液吐出装置において、
   前記補助具が、前記溶液吐出具を兼ねて構成されていることを特徴とする溶液吐出装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の溶液吐出装置において、
   前記補助具の材質に、ガラスが選択されていることを特徴とする溶液吐出装置。
7. 基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出方法であって、
   基板上に溶液を液滴状に吐出する溶液吐出具によって基板上に液滴状に溶液を吐出させ、
   棒状の補助具の先端が、その吐出された溶液が乾燥するまでの間、その溶液に接触させることを特徴とする溶液吐出方法。
8. 請求項７に記載の溶液吐出方法において、
   前記溶液吐出具によって基板上に液滴状に吐出された溶液と接触する前記補助具の先端が、その吐出された溶液が乾燥するまでの間、その溶液に接触させたままの状態で、水平方向及び鉛直方向に振動することを特徴とする溶液吐出方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の溶液吐出方法が、基板上の同一箇所において、複数回に亘って繰り返し行われることを特徴とする溶液吐出方法。
10. 請求項７から請求項９のうち何れか一項に記載の溶液吐出方法において、
    前記溶液吐出具によって基板上に液滴状に吐出された溶液が、その基板上に設けられた電極上にめがけられたものであることを特徴とする溶液吐出方法。
    
    

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