JP2010208885A - Silicon structure - Google Patents

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Kenju Yamamoto
健樹 山本
Masaya Nakatani
将也 中谷
Makoto Takahashi
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Yoshiki Yamada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon structure having a large surface area and exhibiting magnetic characteristic which is used for recovering a target material in a bioscreening and uses silicon having high machinability, low melting point and low density. <P>SOLUTION: The silicon structure 10 is provided with a base material 11 and a plurality of fibrous projecting materials 12 containing silicon dioxide as an essential component and directly joined to the surface of the base material 11 which contains silicon as an essential component. A magnetic body is supported by the fibrous projecting material 12. The surface area is increased by forming the plurality of the fibrous projecting materials 12 comprising silicon dioxide to be densely entangled and magnetic separation and highly efficient recovery are available by supporting the magnetic body 13 on the fibrous projecting materials 12. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオスクリーニング技術に用いるシリコン構造体に関するものである。   The present invention relates to a silicon structure used for bioscreening technology.

たんぱく質精製、抗体精製、細胞分離、DNAシーケンサー等のバイオスクリーニングにおいて、粒子ビーズを用いることにより標的物質を回収する技術が用いられている。粒子ビーズを用いることにより、標的物質を表面に多量に固定できるだけでなく、標的物質以外の非特異的な吸着を抑制することができる。さらにこのような粒子ビーズに磁気特性を持たせることにより、高速でかつ多量の処理を可能にする、いわゆるハイスループット化技術に関する開発が盛んに行われている。このような、バイオスクリーニング技術を用いることにより、疫病に関わる遺伝子の情報に基づく薬剤の開発技術や、遺伝情報の個人差に基づく一人一人にあったいわゆるテーラーメイド治療の開発が可能になることが期待される。   In bioscreening such as protein purification, antibody purification, cell separation, and DNA sequencer, a technique for recovering a target substance by using particle beads is used. By using the particle beads, not only the target substance can be immobilized on the surface in a large amount, but also nonspecific adsorption other than the target substance can be suppressed. Furthermore, development of a so-called high-throughput technology that enables high-speed and large-volume processing by imparting magnetic properties to such particle beads has been actively conducted. The use of such bioscreening technology is expected to enable the development of drugs based on genetic information related to epidemics and so-called tailor-made treatments based on individual differences in genetic information. Is done.

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2006−131771号公報
As prior art document information relating to this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2006-131771 A

近年、標的物質とする物質と特異的に反応する物質をできる限り多く表面に固定するために、なるべくサイズが小さく、かつ表面積が大きな粒子ビーズが求められている。すなわち表面積が小さいと、高効率的に標的物質が回収できず、多くの粒子ビーズや標的物質が必要となることや所望の標的物質量が得られないという課題があった。さらに、磁性吸着によるスクリーニングを可能とするためには、粒子ビーズに磁気特性を持たせる必要があった。これらを可能とする技術としてSiCからファイバーを形成する方法が、Journal of Materials Chemistry、1998、8、8、p.1859−1864で報告されている。この技術を用いることにより、磁性体を含有したファイバーを形成することで、より多くの表面積と磁気特性とを併せ持つ構造を形成することができる。しかし、この方法は基材となる層にSiCを用いるために、加工性が低く、基材を表面積の大きな構造に加工するのが困難であった。また、融点が高いため、溶融させる方法においても三次元的な構造を持つ基材を得るのが困難であった。さらに、SiCは密度が高いため、磁性に吸着を行う際に強力な磁石を用いなければ、効果的に磁性吸着を行うことが困難であった。   In recent years, there has been a demand for particle beads having a size as small as possible and a surface area as large as possible in order to immobilize on the surface as much as possible a substance that specifically reacts with a target substance. That is, when the surface area is small, there is a problem in that the target substance cannot be recovered with high efficiency, a large number of particle beads and target substances are required, and a desired target substance amount cannot be obtained. Furthermore, in order to enable screening by magnetic adsorption, it was necessary to give magnetic properties to the particle beads. A technique for forming fibers from SiC as a technology enabling these is described in Journal of Materials Chemistry, 1998, 8, 8, p. 1859-1864. By using this technique, it is possible to form a structure having both more surface area and magnetic properties by forming a fiber containing a magnetic material. However, since this method uses SiC for the layer serving as the base material, the processability is low, and it is difficult to process the base material into a structure with a large surface area. In addition, since the melting point is high, it is difficult to obtain a substrate having a three-dimensional structure even in the melting method. Furthermore, since SiC has a high density, it has been difficult to effectively perform magnetic adsorption unless a strong magnet is used for magnetic adsorption.

そこで、本発明は加工性が高くまたは融点が低くかつ密度が小さなシリコンを用いて、表面積が大きくかつ磁気特性を帯びたシリコン構造体を実現することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to realize a silicon structure having a large surface area and magnetic properties by using silicon having a high workability or a low melting point and a low density.

そして、この目的を達成するために本発明は、基材と、前記基材のシリコンを主成分とする表面に直接接合された二酸化珪素を主成分とする複数の繊維状突起物とを備えたシリコン構造体であり、前記繊維状突起物に磁性体を担持させたシリコン構造体としたものである。   In order to achieve this object, the present invention includes a base material and a plurality of fibrous protrusions mainly composed of silicon dioxide directly bonded to a surface of the base material mainly composed of silicon. The silicon structure is a silicon structure in which a magnetic material is supported on the fibrous protrusions.

これにより、本発明は、表面積が大きくかつ親水性及び/または保水性が極めて高い領域を実現することができる。従って、複雑な形状でありながら、標的物質と特異的に反応する物質を数多く表面上に固定できるために、たんぱく質精製、抗体精製、細胞分離、DNAシーケンサー等のバイオスクリーニング用のデバイスに応用することができる。さらに、繊維状突起物に磁性体が担持されているため、磁気分離による分離精製を可能とする。つまり、磁石を用いて迅速に分離でき磁石を取り去ったときに容易再分散することで、高効率的に標的物質の回収を行うことが出来るので、高速バイオスクリーニング用のシリコン構造体を提供することができる。   Thereby, this invention can implement | achieve the area | region where a surface area is large and hydrophilic property and / or water retention property are very high. Therefore, it is possible to immobilize many substances that react specifically with the target substance on the surface even though it has a complicated shape. Therefore, it should be applied to bioscreening devices such as protein purification, antibody purification, cell separation, and DNA sequencer. Can do. Furthermore, since the magnetic substance is supported on the fibrous protrusions, separation and purification by magnetic separation is possible. In other words, a silicon structure for high-speed bioscreening can be provided because the target substance can be recovered with high efficiency by quickly separating using a magnet and easily redispersing when the magnet is removed. Can do.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるシリコン構造体10について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, silicon structure 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、本実施の形態1のシリコン構造体10は、基材11と、この基材11のシリコンを主成分とする表面に直接接合された二酸化珪素を主成分とする複数の繊維状突起物12とを備えている。基材11は、単結晶シリコンからなるシリコン基板からなる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the silicon structure 10 according to the first embodiment is composed mainly of a base material 11 and silicon dioxide directly bonded to the surface of the base material 11 mainly composed of silicon. And a plurality of fibrous protrusions 12. The base material 11 is made of a silicon substrate made of single crystal silicon.

ここで直接接合とは、基材11と繊維状突起物12を構成する原子または分子が直接結合している状態を示し、通常は分子間が共有結合している状態である。また、これらの結合面には接着剤などを用いておらず、基材11と繊維状突起物12を構成する原子または分子以外の材料は含まれていない。繊維状突起物12を、接着剤などを用いることなく基材11に形成することが可能であるため、耐熱性を高めることができるとともに、不純物などが混入しないシリコン構造体10を実現することができる。   Here, the direct bonding refers to a state in which atoms or molecules constituting the substrate 11 and the fibrous protrusions 12 are directly bonded, and usually a state in which molecules are covalently bonded. Further, these bonding surfaces do not use an adhesive or the like, and do not include materials other than atoms or molecules constituting the substrate 11 and the fibrous protrusions 12. Since the fibrous protrusions 12 can be formed on the base material 11 without using an adhesive or the like, it is possible to improve the heat resistance and to realize the silicon structure 10 in which impurities or the like are not mixed. it can.

上記構成により、二酸化珪素を主成分とする繊維状突起物12がモケット状あるいは網目状に複数形成されているため、二酸化珪素の表面積が大きくなる。そして、このように表面積が大きい領域においては、二酸化珪素の表面張力を大きく受ける液体材料、例えば水などは、二酸化珪素の表面に強く引っ張られて繊維状突起物12の周辺に保水される。   With the above-described configuration, a plurality of the fibrous projections 12 mainly composed of silicon dioxide are formed in a moquette shape or a mesh shape, so that the surface area of silicon dioxide is increased. In such a region having a large surface area, a liquid material, such as water, that receives a large surface tension of silicon dioxide is strongly pulled by the surface of silicon dioxide and is retained around the fibrous protrusions 12.

従って、親水性及び/または保水性が極めて高い領域を実現し、さらに単位面積当たりの表面積が非常に大きいシリコン構造体10を実現することができる。   Therefore, it is possible to realize a silicon structure 10 that realizes a region having extremely high hydrophilicity and / or water retention and further has a very large surface area per unit area.

さらに、二酸化珪素を主成分とする繊維状突起物12は表面積が大きいと共に複雑な形状をとりうるので、細胞表面や内部を模倣したプローブの足場を形成することができる。これは例えば、プローブに糖鎖を用いてウイルス感染の解析を行う場合、その糖鎖の種類のみならず、密度がスクリーニングにとって重要であるが、二酸化珪素を主成分とする繊維状突起物12にプローブを固定することで、実際の感染に模倣した状況でのスクリーニングを可能にする。   Furthermore, since the fibrous protrusions 12 mainly composed of silicon dioxide have a large surface area and can take a complicated shape, a probe scaffold imitating the cell surface or the inside can be formed. For example, in the case of analyzing a virus infection using a sugar chain as a probe, not only the type of sugar chain but also the density is important for screening. Immobilizing the probe enables screening in a situation that mimics the actual infection.

また、二酸化珪素を主成分とする繊維状突起物12やシリコンを主成分とする基材11は、バイオチップで標準的に用いられている材料を用いているので、DNAチップやプロテインチップなどに利用されているような既存のプローブ固定法をそのまま適用できる。   In addition, the fibrous protrusions 12 mainly composed of silicon dioxide and the base material 11 mainly composed of silicon are made of materials that are standardly used in biochips. Existing probe fixing methods such as those used can be applied as they are.

ここで、繊維状突起物12が存在することにより大きな親水性・保水性を有する理由について説明する。   Here, the reason for having large hydrophilicity and water retention due to the presence of the fibrous protrusions 12 will be described.

二酸化珪素はもともと、親水性の高い材料であるが、二酸化珪素を薄膜状で形成し、その表面に空気中などの外部からの汚れが付着した場合、二酸化珪素からなる薄膜は、水を引っ張る表面張力が小さくなり、表面積が小さい場合には結果として親水性が相対的に相当失われる。これに対して、本実施の形態1のシリコン構造体10における繊維状突起物12は、単位面積当たりの表面積が極めて大きくなっていることから、単位面積当たりの表面張力が汚れ等の付着によって小さくなった場合であっても、全体としての表面積が大きいことから、水に引っ張られる力はあまり失われず、結果として親水性・保水性を長期間保持することができるシリコン構造体10を実現することができる。   Silicon dioxide is originally a highly hydrophilic material, but when silicon dioxide is formed in a thin film and external dirt such as in the air adheres to the surface, the thin film made of silicon dioxide has a surface that pulls water. When the tension is reduced and the surface area is small, the result is a relative loss of hydrophilicity. On the other hand, since the fibrous protrusion 12 in the silicon structure 10 of the first embodiment has a very large surface area per unit area, the surface tension per unit area is small due to adhesion of dirt or the like. Even if it becomes, since the surface area as a whole is large, the force pulled by water is not lost so much, and as a result, it is possible to realize the silicon structure 10 that can maintain hydrophilicity and water retention for a long period of time. Can do.

このような構造であることから、本発明の実施の形態1における繊維状突起物12は、液状物質との親和性に優れているため、気泡発生を低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態1においては、液状物質が速やかに繊維状突起物12側面を伝わって広がっていくため、各種分析でのバイオスクリーニング時等において流体の濡れ性が高まり、気泡の発生を抑制することができる。   Since it is such a structure, since the fibrous protrusion 12 in Embodiment 1 of this invention is excellent in affinity with a liquid substance, bubble generation | occurrence | production can be reduced. That is, in the first embodiment of the present invention, since the liquid substance quickly spreads along the side surface of the fibrous protrusion 12, the wettability of the fluid is increased at the time of bioscreening in various analyses, and bubbles are generated. Can be suppressed.

ここで、一部のプローブ及び抗体は乾燥になると変質するため、親水性・保水性を有したバイオチップは適応性という観点においても優れている。   Here, since some probes and antibodies change in quality when dried, biochips having hydrophilicity and water retention are also excellent in terms of adaptability.

なお、これらの繊維状突起物12は、互いに絡み合うように密着して、それぞれ縮れた形状をしているだけでなく、自由な方向へと枝分かれしているようなものが混在していてもよい。繊維状突起物12が互いに絡み合いかつ、複数に枝分かれしていることにより、繊維状突起物12がより強固に形成される。さらに、この構造により、流体からの水圧が生じた場合であっても、複数の繊維状突起物12が水圧による外部応力を分散するため、折れにくい構造とすることができる。さらに、この繊維状突起物12を形成した領域を反応部として利用し、反応物質を繊維状突起物12に結合させることにより、反応物質の結合量を増大することができ、反応をより促進することができる。   In addition, these fibrous protrusions 12 are in close contact with each other so as to be intertwined with each other, and may have a mixture of things that are branched in a free direction as well as having a contracted shape. . Since the fibrous protrusions 12 are intertwined with each other and branched into a plurality of parts, the fibrous protrusions 12 are more firmly formed. Furthermore, with this structure, even when water pressure is generated from the fluid, the plurality of fibrous protrusions 12 disperse external stress due to water pressure, so that a structure that does not easily break can be achieved. Further, by using the region where the fibrous protrusions 12 are formed as a reaction part and binding the reactive substances to the fibrous protrusions 12, the amount of the reactive substances can be increased, thereby further promoting the reaction. be able to.

また、これらの繊維状突起物12の組成は、単結晶の二酸化珪素と比較して折れにくい構成となっているが、これは本発明の実施の形態1における繊維状突起物12がアモルファスの二酸化珪素からなっているからであると考えられる。なお、この繊維状突起物12が形成された領域をX線分光分析で測定すると、図4に示したように、基材11として用いたSi(110)に起因する2θ/degree=約47度の領域にあるピークを除き、大きなピークはなく、この結果より繊維状突起物12はアモルファスの二酸化珪素からなることが示唆される。   In addition, the composition of the fibrous protrusions 12 is configured to be harder to break than single crystal silicon dioxide. This is because the fibrous protrusions 12 in Embodiment 1 of the present invention are amorphous dioxide dioxide. This is probably because it is made of silicon. When the region where the fibrous protrusions 12 are formed is measured by X-ray spectroscopic analysis, as shown in FIG. 4, 2θ / degree resulting from Si (110) used as the base material 11 is about 47 degrees. There is no large peak except for the peak in the region, and this result suggests that the fibrous protrusion 12 is made of amorphous silicon dioxide.

なお、本発明の実施の形態1では、基材11としては、単結晶シリコンからなるシリコン基板を用いたが、表面がシリコンで形成されていればよく、基材11内部までの材質は問わない。   In Embodiment 1 of the present invention, a silicon substrate made of single crystal silicon is used as the base material 11, but the surface may be formed of silicon, and the material up to the inside of the base material 11 does not matter. .

また、表面のシリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファス等の状態であっても構わない。しかしシリコンは、加工性に優れているため切削工程において利便性があるとともに、融点が低いため、立体的構造を形成し易いため、望ましい。   Further, the surface silicon may be in a state of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous, or the like. However, silicon is desirable because it has excellent workability and is convenient in the cutting process and has a low melting point, so that it can easily form a three-dimensional structure.

なお、基材11にシリコンのみを用いると、シリコンは微細かつ複雑な形状に加工することができるが、シリコンが疎水性であるため、液体の濡れ性が低いため気泡が発生する場合がある。しかし、本発明の実施の形態1のように表面が親水性の高い繊維状突起物12で覆われることは、微小なシリコン構造体10における気泡の低減に有用となる。   Note that if only the silicon is used for the base material 11, the silicon can be processed into a fine and complicated shape. However, since silicon is hydrophobic, bubbles may be generated due to low liquid wettability. However, it is useful for reducing bubbles in the fine silicon structure 10 that the surface is covered with the fibrous protrusions 12 having a high hydrophilicity as in the first embodiment of the present invention.

また、本発明の実施の形態1の基材11の形状は、表面積を大きく保持するためにも粒子状であることが望ましい。さらに、略球状にすることにより、最も表面積が大きいため、好ましい。この他、多面体、円柱等、立体的構造でありかつ表面積が大きい構造であれば構わない。   Further, the shape of the base material 11 according to the first embodiment of the present invention is desirably particulate in order to keep a large surface area. Furthermore, it is preferable to have a substantially spherical shape because it has the largest surface area. In addition, any structure may be used as long as it has a three-dimensional structure and a large surface area, such as a polyhedron and a cylinder.

さらに、本発明の実施の形態1においては、繊維状突起物12に磁性体13を担持させる構成とした。ここで、磁性体13には強磁性体であるCoを用いた。また、ここで、担持するとは、磁性体13が繊維状突起物12に含有されているあるいは、直接接合している状態を示す。上記構成により、磁気分離による分離精製を可能とする。   Furthermore, in Embodiment 1 of this invention, it was set as the structure which carries the magnetic body 13 on the fibrous projection 12. FIG. Here, Co which is a ferromagnetic material was used for the magnetic material 13. Here, “supporting” indicates a state in which the magnetic body 13 is contained in the fibrous protrusions 12 or directly joined thereto. The above configuration enables separation and purification by magnetic separation.

具体的には、図3に示すように繊維状突起物12先端部に磁性体13が担持されていることが、より望ましい。シリコン構造体10の最表面に磁気特性を持つことができるため、磁気分離による分離精製能が向上するからである。この構成により、本発明の実施の形態1におけるシリコン構造体10は、液体中において凝集せず分散しているが、磁石を用いて迅速に分離でき、さらに磁石を取り去ったときに容易に再分散することで、高効率的に標的物質の回収を行うことが出来るので、高速バイオスクリーニング用の機能性に優れたシリコン構造体10を提供することができる。   Specifically, as shown in FIG. 3, it is more desirable that the magnetic body 13 is supported at the tip of the fibrous protrusion 12. This is because the outermost surface of the silicon structure 10 can have magnetic properties, so that the separation and purification ability by magnetic separation is improved. With this configuration, the silicon structure 10 according to the first embodiment of the present invention is dispersed without being aggregated in the liquid, but can be quickly separated using a magnet and easily redispersed when the magnet is removed. By doing so, since the target substance can be recovered with high efficiency, the silicon structure 10 having excellent functionality for high-speed bioscreening can be provided.

なお磁性体13には、Coを用いたが、Fe、Niの金属や、Fe−Ni、Fe−Co、Fe−Ni−Co−Al、Fe−Ni−Cr等の鉄と鉄族遷移金属が含有された合金や、サマリウム磁石やネオジウム磁石等の化合物や、磁鉄鉱、マグタイト、バリウム磁石等の酸化物等、磁石に吸着する強磁性体であれば、磁気分離による分離精製を容易とすることができる。   Co is used for the magnetic body 13, but Fe and Ni metals, and iron and iron group transition metals such as Fe—Ni, Fe—Co, Fe—Ni—Co—Al, and Fe—Ni—Cr are used. Separation and refining by magnetic separation can be facilitated if it is a ferromagnetic material that adsorbs to the magnet, such as contained alloys, compounds such as samarium magnets and neodymium magnets, and oxides such as magnetite, magnetite and barium magnets. it can.

次に、本発明の実施の形態1におけるシリコン構造体の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the silicon structure in the first embodiment of the present invention will be described.

まず始めに、第一の工程として、基材11としてシリコン粒子を形成する。具体的には、るつぼ内でシリコンを溶融させ、加圧によりノズルからシリコンを滴下させる。滴下されたシリコンは表面張力により球状化する。さらに、自由落下させながら、凝固させることで略球状のシリコン粒子となる。この時、シリコン粒子の直径は1〜1.5mm程度である。   First, as the first step, silicon particles are formed as the base material 11. Specifically, silicon is melted in a crucible, and silicon is dropped from a nozzle by pressurization. The dropped silicon is spheroidized by surface tension. Furthermore, it becomes a substantially spherical silicon particle by solidifying while allowing it to fall freely. At this time, the diameter of the silicon particles is about 1 to 1.5 mm.

なお、シリコン粒子の形成方法は上記の方法に限らず、ガラスビーズの表面を還元することにより形成してもよい。この他にも、基材となる材料に対し、シリコンを主成分とする薄膜をCVD法などの成膜法により作製することにより形成してもよい。   In addition, the formation method of a silicon particle is not restricted to said method, You may form by reducing the surface of a glass bead. In addition to this, a thin film containing silicon as a main component may be formed on a material to be a base material by a film forming method such as a CVD method.

また、基材11の形状は、表面積を大きく保持するためにも粒子状であることが望ましい。さらに、略球状にすることにより、最も表面積が大きいため、好ましい。この他、多面体、円柱等、立体的構造でありかつ表面積が大きい構造であれば構わない。   In addition, the shape of the base material 11 is desirably particulate in order to keep a large surface area. Furthermore, it is preferable to have a substantially spherical shape because it has the largest surface area. In addition, any structure may be used as long as it has a three-dimensional structure and a large surface area, such as a polyhedron and a cylinder.

また、ブレードダイシングやステルスダイシングなどの切断する方法やエッチングや研磨によりこれらの形状を形成してもよい。なお、単位質量当たりの表面積を増大させるためには、粒径をより小さくするほうが望ましい。この場合には、溶融させたシリコンの滴下量を精密に制御することで、粒径の制御が可能である。   Further, these shapes may be formed by a cutting method such as blade dicing or stealth dicing, etching or polishing. In order to increase the surface area per unit mass, it is desirable to make the particle size smaller. In this case, the particle size can be controlled by precisely controlling the amount of molten silicon dropped.

次に、第二の工程として、シリコン粒子に触媒として磁性体13を注入し、磁性体13含有シリコン粒子を形成する。磁性体13が触媒となり、シリコン粒子に二酸化珪素を主成分とした繊維状突起物12を成長させることができる。   Next, as a second step, the magnetic material 13 is injected as a catalyst into the silicon particles to form the magnetic material-containing silicon particles. The magnetic substance 13 serves as a catalyst, and the fibrous protrusions 12 mainly composed of silicon dioxide can be grown on the silicon particles.

シリコン粒子への磁性体の注入には、イオン注入法を用いるのが適している。イオン注入法とはイオンを電気的に加速して個体にぶつけることで、特定の元素を基材内に注入する方法であり、深さ方向の濃度分布の制御性がよい。これにより、より高精度に触媒となる磁性体13を注入することができる。   An ion implantation method is suitable for injecting the magnetic material into the silicon particles. The ion implantation method is a method in which a specific element is implanted into a substrate by electrically accelerating ions and hitting an individual, and the control of the concentration distribution in the depth direction is good. Thereby, the magnetic body 13 which becomes a catalyst can be injected with higher accuracy.

今回はイオン注入を用いたが、気相拡散あるいは、固相拡散といった熱拡散を用いることにより、一度にシリコン粒子全面に磁性体13を注入することができる。   Although ion implantation is used this time, the magnetic body 13 can be implanted all over the silicon particles at once by using thermal diffusion such as vapor phase diffusion or solid phase diffusion.

さらに、パターニングを用いることにより、特定部位にのみ磁性体13を注入することも可能である。   Further, by using patterning, it is possible to inject the magnetic body 13 only in a specific part.

また、レジスト膜より部分的に保護し、シリコン粒子の一部に磁性体13となる元素を主成分とする薄膜を形成することによって触媒としてもよい。この場合は、任意の成膜法によって形成が可能であるが、CVD法が被覆性の観点から望ましい。   Further, the catalyst may be formed by partially protecting the resist film and forming a thin film mainly containing an element that becomes the magnetic body 13 on a part of the silicon particles. In this case, the film can be formed by any film forming method, but the CVD method is desirable from the viewpoint of coverage.

また、基材11自体に磁性体13となる元素を含有したものを用いてもよい。この場合、シリコンの溶融原料の中に任意の原料を添加すればよい。この場合は、基材11内部にも磁気特性を持つため、より容易に磁性体13によるスクリーニングが可能となる。   Moreover, you may use what contained the element used as the magnetic body 13 in the base material 11 itself. In this case, an arbitrary raw material may be added to the molten raw material of silicon. In this case, since the inside of the base material 11 also has magnetic characteristics, screening with the magnetic body 13 can be performed more easily.

また、この時、磁性体13がシリコン粒子表面の特定の部位にのみ高濃度に分散している場合や、シリコン粒子表面の一部にのみ含有されれば、その後の繊維状突起物12の成長にともない、表面積が拡大する効果を有することができる。しかし、反応性の観点から、シリコン粒子の表面全体に均一に磁性体13を担持させることで、さらなる表面積の拡大が期待できる。   At this time, if the magnetic substance 13 is dispersed at a high concentration only in a specific part of the silicon particle surface, or if it is contained only in a part of the silicon particle surface, the subsequent growth of the fibrous protrusions 12 occurs. As a result, the surface area can be increased. However, from the viewpoint of reactivity, it is possible to expect a further increase in the surface area by uniformly supporting the magnetic body 13 on the entire surface of the silicon particles.

次に、第三の工程として、磁性体13含有シリコン粒子に、C、F、H元素から成るシード層を形成する。このシード層は、C、F、H元素からなる有機ポリマーからなる層であり、プラズマCVD法などを用いることにより、CF、CHF、C、C、C等のフッ化炭素系の少なくともいずれか一つのガスを用いてプラズマ中で分解することにより有機ポリマー膜よりなるシード層を形成することができる。プラズマ中において、前記ガスはCF、CF、CF等の結合手が切断された状態に分解され、これらにH原子が加わり、再結合することによって、様々な組み合わせのポリマー分子ができる。しかし、後の工程で二酸化珪素からなる繊維状突起物12が形成されるためには、シード層のこれらの分子の組み合わせの配列順序は特に重要ではなく、C、F、Hが結合されている状態であればよい。従って、このときのC、F、H元素は様々な組み合わせ配列の分子が成立することからここでは特に限定しない。 Next, as a third step, a seed layer made of C, F, and H elements is formed on the magnetic substance-containing silicon particles. This seed layer is a layer made of an organic polymer made of C, F, and H elements, and by using a plasma CVD method or the like, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 H 8 , C 4 F 8 are used. A seed layer made of an organic polymer film can be formed by decomposing in a plasma using at least one of fluorocarbon-based gases such as. In the plasma, the gas is decomposed into a state in which bonds such as CF, CF 2 , CF 3 are broken, and H atoms are added to these to recombine to form various combinations of polymer molecules. However, in order to form the fibrous projections 12 made of silicon dioxide in a later step, the arrangement order of the combination of these molecules in the seed layer is not particularly important, and C, F, and H are bonded. Any state is acceptable. Therefore, the C, F, and H elements at this time are not particularly limited here because various combinations of molecules are formed.

ここで、磁性体13を含むガスを上記のガスとともに使用することによっても、磁性体13を触媒として利用することが可能である。この場合は前記のイオン注入等の方法は必要ではない。また、シード層形成前に、レジスト膜を形成しパターニングを行うことにより、特定の部位にのみ二酸化珪素を形成することができる。これは、基材11となる表面にシリコンが主成分となる部分とそれ以外の部分を設けることによっても同様の効果が得られる。これにより、ある特定の部分にのみ優先的に標的物質を得ることができる。   Here, the magnetic body 13 can also be used as a catalyst by using a gas containing the magnetic body 13 together with the above gas. In this case, the above-described method such as ion implantation is not necessary. Further, by forming a resist film and performing patterning before forming the seed layer, silicon dioxide can be formed only at a specific portion. The same effect can also be obtained by providing a portion mainly composed of silicon and other portions on the surface to be the base material 11. Thereby, a target substance can be obtained preferentially only in a specific part.

その後、第四の工程として、シード層を形成させた磁性体13含有シリコン粒子を1000〜1100℃の高温かつ低酸素濃度での熱処理により、一酸化珪素が蒸発した後に表面上に再付着して凝集し、二酸化珪素が成長する。この時、一酸化珪素はシリコン粒子表面に一体に広がって再付着するため、シリコン粒子表面に全体的に二酸化珪素が主成分の繊維状突起物12が成長する。   Thereafter, as a fourth step, the silicon particles containing the magnetic material 13 on which the seed layer has been formed are reattached on the surface after the silicon monoxide has evaporated by heat treatment at a high temperature of 1000 to 1100 ° C. and a low oxygen concentration. Aggregates and silicon dioxide grows. At this time, since silicon monoxide spreads and adheres again to the surface of the silicon particles, the fibrous protrusions 12 mainly composed of silicon dioxide grow on the surface of the silicon particles.

ここで、低酸素濃度とは、熱処理時の酸素分圧が低いことを示しており、減圧化であっても他のガスによって置換されていてもよい。他のガスとは、例えばN、Ar、CO等であり、O、O、HOとは異なり、酸化性の低いガスである。なお、酸素分圧が低すぎると、一酸化珪素が生じることができなくなるので、望ましい酸素分圧は数千Paから10−6Paの範囲である。 Here, the low oxygen concentration indicates that the oxygen partial pressure during the heat treatment is low, and it may be reduced in pressure or substituted by another gas. The other gas is, for example, N 2 , Ar, CO or the like, and unlike O 2 , O 3 , H 2 O, it is a gas having low oxidizability. Note that if the oxygen partial pressure is too low, silicon monoxide cannot be generated, so a desirable oxygen partial pressure is in the range of several thousand Pa to 10 −6 Pa.

このような製造方法によって、二酸化珪素薄膜を形成しないで、基材11表面に磁性体13を担持した繊維状突起物12を形成したシリコン構造体10を作製することができる。   By such a manufacturing method, the silicon structure 10 in which the fibrous protrusions 12 carrying the magnetic body 13 are formed on the surface of the base material 11 can be produced without forming a silicon dioxide thin film.

以上のように、本発明によるシリコン構造体は、例えばたんぱく質精製、抗体精製、細胞分離、DNAシーケンサー等のバイオスクリーニングシステム等に有用である。   As described above, the silicon structure according to the present invention is useful in, for example, bioscreening systems such as protein purification, antibody purification, cell separation, and DNA sequencer.

本発明の実施の形態1におけるシリコン構造体の断面図Sectional drawing of the silicon structure in Embodiment 1 of this invention 同シリコン構造体表面のSEM写真SEM photo of the surface of the silicon structure 図1のA部拡大断面図Section A enlarged sectional view of FIG. 同シリコン構造体表面のX線分光分析結果を示す図The figure which shows the X-ray spectroscopic analysis result of the surface of the same silicon structure

10 シリコン構造体
11 基材
12 繊維状突起物
13 磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon structure 11 Base material 12 Fibrous protrusion 13 Magnetic body

Claims (2)

基材と、
前記基材のシリコンを主成分とする表面に直接接合された二酸化珪素を主成分とする複数の繊維状突起物とを備えたシリコン構造体であり、
前記繊維状突起物に磁性体を担持させたシリコン構造体。
A substrate;
A silicon structure comprising a plurality of fibrous protrusions mainly composed of silicon dioxide directly bonded to a surface mainly composed of silicon of the base material,
A silicon structure in which a magnetic substance is supported on the fibrous protrusion.
前記基材の形状が、
粒子状である請求項1に記載のシリコン構造体。
The shape of the substrate is
The silicon structure according to claim 1, which is in the form of particles.
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