JP2008254977A - 有機薄膜の製造方法及びパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、金属酸化物表面に官能基を有する有機薄膜を製造する方法であって、(1)アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基及びハロゲン化アルケニル基からなる群から選択される少なくとも1種の有機基を有するオルガノクロロシランを金属酸化物表面に接触させることにより、オルガノシロキサン膜を形成させる第1工程、(2)前記オルガノシロキサン膜から前記有機基を脱離させることにより、ヒドロキシル基含有シロキサン膜を形成させる第2工程、及び(3)前記ヒドロキシル基含有シロキサン膜に、官能基を有するアルコキシオルガノシランを接触させることにより、官能基含有有機薄膜を形成させる第3工程を備えることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
J. Biomed. Mater. Res., 40, 324-335 (1998) J. Colloid Interface Sci., 185, 197-209 (1997) Biomaterials, 23, 3103 -3111(2002) Synth. Metal., 129, 73-83 (2002) J. Phys. Chem. B, 110, 8002-8009 (2006) J. Am. Chem. Soc., 114, 8435-8442 (1992)
(1)アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基及びハロゲン化アルケニル基からなる群から選択される少なくとも1種の有機基を有するオルガノクロロシランを金属酸化物表面に接触させることにより、オルガノシロキサン膜を形成させる第1工程、
(2)前記オルガノシロキサン膜から前記有機基を脱離させることにより、ヒドロキシル基含有シロキサン膜を形成させる第2工程、及び
(3)前記ヒドロキシル基含有シロキサン膜に、官能基を有するアルコキシオルガノシランを接触させることにより、官能基含有有機薄膜を形成させる第3工程、
を備えた、有機薄膜の製造方法。
本発明の第1工程は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基及びハロゲン化アルケニル基からなる群から選択される少なくとも1種の有機基を有するオルガノクロロシランを金属酸化物表面に接触させることにより、オルガノシロキサン膜を形成させることを特徴とする。これにより、金属酸化物表面に高密度にオルガノシロキサン膜を形成させることができる。
本発明の第2工程は、第1工程で得られたオルガノシロキサン膜から前記有機基を脱離させることにより、ヒドロキシル基含有シロキサン膜を形成させる工程である。
ヒドロキシル基含有シロキサン膜の膜厚は特に限定されないが、通常0.05nm〜2nm程度、好ましくは0.1nm〜0.5nm程度である。
本発明の第3工程は、前記ヒドロキシル基含有シロキサン膜に、官能基を有するアルコキシオルガノシランを接触させることにより、官能基含有有機薄膜を形成させる工程である。これにより、金属酸化物表面に官能基含有有機薄膜を製造できる。
(Rは、メチル基、エチル基等の炭素数1〜2程度のアルキル基等を示す。R’は、炭素数1〜200程度(好ましくは1〜50程度)のアルキレン基、アルケニレン基、オキシアルキレン基、イミノアルキレン基等を示す。これらは、直鎖又は分鎖であってもよい。Xは、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基、グリシジルオキシ基、アクリルオキシ基、メタクリルオキシ基等の官能基を示す。l及びnはそれぞれ1〜3程度の数字、mは通常は1〜20程度の数字を示す。)
本発明の官能基含有有機薄膜は、前記官能基と化学結合可能な有機化合物をさらに結合させることが可能である。これにより、金属酸化物表面に、所望の機能を有する複合化有機薄膜を製造することができる。すなわち、所望の機能を有する複合化有機薄膜の原料または前駆体として用いることができる。
本発明では必要に応じて、第3工程で得られた官能基含有有機薄膜に、前記官能基と化学結合可能な有機化合物をさらに結合させる工程(第4工程)を行ってもよい。これにより、金属酸化物表面上に所望の機能を有する複合化有機薄膜を製造することができる。
複合化有機薄膜のパターンを形成させる場合は、前記官能基含有有機薄膜に、前記官能基と化学結合可能な1種又は2種以上の有機化合物の溶液を位置選択的にスポットすることにより、該有機化合物を所望の位置に結合させる。
本発明の第4工程で得られる複合化有機薄膜は、前記官能基と化学結合可能な有機化合物に基づいて表面が機能化されており、下地に金属酸化物または金属酸化物表面を有する。そのため、前記有機化合物に応じて、光学フィルタ、化学・バイオセンサといった種々の用途に使用できる。特にパターンが形成されているときは、複数の物質を検出する多感応性を有したり、信号処理機能や応答機能を複合化した化学・バイオセンサ、空間光変調器といった光学デバイス等として用いることができる。また、有機化合物からなる二次元光学結晶を構築することができ、低損失な光学デバイスなどを創製することが可能である。一方、柔軟性の大きな表面組織構造を構築することによって、通常の条件では失活しやすい膜タンパク質を包含させることができ、糖類に対する高選択性センサなどが得られる。
厚さ76.3nmの酸化タンタル(Ta2O5)がコートされた合成石英板(40×20×1tmm)を基板として使用した。アルゴンで置換したフード内でこの基板を18-Octadecyltrichlorosilaneのクロロホルム溶液(濃度1容量%)に30分間浸漬した。浸漬後、クロロホルム及びエタノールの順に洗浄した。エリプソメーターにて測定を行うことにより、表面有機層の膜厚は2.2nmと推定され、オクタデシルシロキサン単分子膜が形成されていることを確認した。
実施例1と同様にして、アミノプロピルシロキサン膜が約67%被膜した金属酸化物(酸化タンタル)表面を形成した。
厚さ76.3nmの酸化タンタル(Ta2O5)がコートされた合成石英板(40×20×1tmm)を基板として使用した。この基板にエキシマーランプを用い波長172nmの真空紫外光を照射し、基板表面を純水で洗浄し、乾燥させた。APTMSのメタノール・水・酢酸(94vol%:5vol%:1mM)溶液(濃度1%)を表面に流延し、シャーレ内で15分間静置した。次いで、エタノールで洗浄・乾燥し、窒素気流下において温度約105℃で5分間加熱した。マスクを通して前記真空紫外光を照射し、エリプソメーターで観測した、その結果、表面上にパターンの形成が行われず、新たな皮膜は全く形成されていないことを確認した。
Claims (11)
- 金属酸化物表面に官能基を有する有機薄膜を製造する方法であって、
(1)アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基及びハロゲン化アルケニル基からなる群から選択される少なくとも1種の有機基を有するオルガノクロロシランを金属酸化物表面に接触させることにより、オルガノシロキサン膜を形成させる第1工程、
(2)前記オルガノシロキサン膜から前記有機基を脱離させることにより、ヒドロキシル基含有シロキサン膜を形成させる第2工程、及び
(3)前記ヒドロキシル基含有シロキサン膜に、官能基を有するアルコキシオルガノシランを接触させることにより、官能基含有有機薄膜を形成させる第3工程、
を備えた、有機薄膜の製造方法。 - 前記オルガノシロキサン膜が自己組織化膜である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記ヒドロキシル基含有シロキサン膜がシラノール基を有する、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記官能基が、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基、グリシジルオキシ基、アクリルオキシ基及びメタクリルオキシ基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 第2工程が、紫外光を照射する工程である、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
- 前記紫外光が、150nm以上200nm未満の紫外光を含む、請求項5に記載の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかの製造方法で形成された官能基含有有機薄膜に、前記官能基と化学結合可能な有機化合物を結合させる、複合化有機薄膜の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかの製造方法で形成された前記官能基含有有機薄膜に、前記官能基と化学結合可能な有機化合物の溶液を位置選択的にスポットすることにより、前記有機化合物を結合させる、パターンが形成された複合化有機薄膜の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかの製造方法で形成された前記官能基含有有機薄膜に位置選択的に前記紫外光を照射させたのち、前記官能基と化学結合可能な有機化合物を結合させる、パターンが形成された複合化有機薄膜の製造方法。
- 前記化学結合可能な有機化合物がビオチン、アビジン、DNA、RNA、抗体、抗体断片、再構成抗体及び抗体模擬タンパク質からなる群から選択される1種であり、前記複合化有機薄膜がバイオセンサである、請求項7に記載の製造方法。
- 前記化学結合可能な有機化合物がビオチン、アビジン、DNA、RNA、抗体、抗体断片、再構成抗体及び抗体模擬タンパク質からなる群から選択される少なくとも2種であり、前記複合化有機薄膜が多感応性バイオセンサである、請求項8又は9に記載の製造方法。
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