JP3706523B2

JP3706523B2 - ナノピンセット及びこれを用いたナノマニピュレータ装置

Info

Publication number: JP3706523B2
Application number: JP2000112767A
Authority: JP
Inventors: 喜萬中山; 昭雄原田; 大川　　隆
Original assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP2001252900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナノオーダーサイズの物質（以後、ナノ物質という）を把持したり外したりできるナノピンセットに関し、またナノ物質を移動・積み上げてナノサイズ部品、ナノ分子デバイス等を組み立てることができるナノマニピュレーター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の技術開発はますます極小領域に指向している。例えば、光・電子情報関連の新素材やナノサイズ部品の創製、細胞やタンパク質の集積による新しいバイオ関連機能物質の創製のように、ナノ領域における革新的な製造技術の開発が要望されている。
【０００３】
このようにナノ物質を移動し積み上げることができるためには、ナノ物質を把持したりそれを放出したりできるナノピンセットの開発が必要になる。このナノピンセットの第１原型は、ＰｈｉｌｉｐＫｉｍとＣｈａｒｌｅｓＭ．Ｌｉｅｂｅｒにより１９９９年１２月１０日に発行されたサイエンス誌上に発表された。図１２〜図１４はこのナノピンセットの製造工程図である。
【０００４】
図１２はテーパー加工されたガラスチューブ８０先端の側面図であり、この先端直径は約１００ｎｍ、図示しない後端直径は１ｍｍである。図１３はナノピンセットの完成図である。前記ガラスチューブ８０の周面に絶縁部８２を介して二つの金電極膜８４ａ、８４ｂを形成する。この金電極膜にそれぞれカーボンナノチューブ８６ａ、８６ｂを突設状に固定して、ナノピンセット８８が完成される。
【０００５】
図１４はナノピンセットに電圧を印加する概要図である。金電極膜８４ａ、８４ｂには接点９０ａ、９０ｂからリード線９２ａ、９２ｂが導出され、直流電源９４の両端に結線されている。直流電源９４の電圧を印加すると、カーボンナノチューブ８６ａは正極に帯電し、カーボンナノチューブ８６ｂは負極に帯電する。これらの正負の静電引力により、カーボンナノチューブ８６ａ、８６ｂの先端は内方に閉じ、この間にナノ物質９６を挟んで挟持することができる。
【０００６】
電圧を大きくするとカーボンナノチューブは更に閉じるから、より小さなナノ物質を挟持できる。電圧をゼロにすると静電引力は無くなり、カーボンナノチューブ８６ａ、８６ｂの弾性復元力により図１３の状態に戻って、ナノ物質９６を放出する。このように電圧の大小制御だけでナノピンセット８８の開閉制御を行える利点を有し、ナノピンセットとして画期的なものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このナノピンセット８８は次のような欠点を有している。第１に、ガラスチューブ８０をテーパー状にその先端を１００ｎｍまで微細加工しているから、強度的に弱くしかも脆い。第２に、金電極膜８４ａ、８４ｂをガラスチューブ８０の全長に亘って形成し、ガラスチューブの直径が大きくなった後端部に接点９０ａ、９０ｂを設けてリード線９２ａ、９２ｂを介して電源９４に接続している。即ち、リード線がかなり太いので、ガラスチューブの拡径した後端部に電気接点を設けざるを得ない。そのために、金電極膜をガラスチューブの全長に形成するという困難さと効率の悪さがある。
【０００８】
第３の欠点は、カーボンナノチューブに正負の電気を蓄積して、それらの静電引力によりカーボンナノチューブを開閉制御することである。ナノ物質９６が電気絶縁体や半導体の場合には静電引力を利用できるが、ナノ物質が導電体の場合には、カーボンナノチューブの両端が電気的にショートしてしまい、静電引力が作用しなくなる。また、ショート時にナノ物質を電気的に破壊してしまう危険性もある。従って、ナノピンセットの使用が制限され、使用に際し常に注意深くなければならない弱点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ホルダーに基端部を固定して突設された複数のナノチューブと、これらのナノチューブ表面を絶縁被覆するコーティング被膜と、この中の２本のナノチューブに連結されたリード線からなり、このリード線間に電圧を印加して静電引力により前記２本のナノチューブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピンセットである。
【００１０】
請求項２の発明は、カンチレバーに突設されたピラミッド部と、このピラミッド部に基端部を固定して突設された複数のナノチューブと、この中の２本のナノチューブに連結されたリード線からなり、このリード線間に電圧を印加して静電引力により前記２本のナノチューブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピンセットである。
【００１１】
請求項３の発明は、ホルダーに基端部を固定して突設された複数のナノチューブと、この中の少なくとも１本のナノチューブの表面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ前記ナノチューブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピンセットである。
【００１２】
請求項４の発明は、前記ホルダーはカンチレバーのピラミッド部である請求項３記載のナノピンセットである。
【００１３】
請求項５の発明は、カンチレバーのピラミッド部を構成する変形可能な複数のピラミッド片と、少なくとも１個のピラミッド片の側面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ、ピラミッド片を可撓自在にしてナノチューブの先端間を開閉することを特徴とするナノピンセットである。
【００１４】
請求項６の発明は、前記圧電膜を絶縁被覆する請求項３、４又は５記載のナノピンセットである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６記載のナノピンセットと、このナノピンセットを試料に対しＸＹＺ方向に移動制御する３次元駆動機構とから構成され、ナノピンセットでナノ物質を試料に搬送制御することを特徴とするナノマニピュレーター装置である。
【００１６】
請求項８の発明は、ナノピンセットを構成する少なくとも１本のナノチューブを走査型プローブ顕微鏡用の探針として用いる請求項７記載のナノマニピュレータ装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは耐久性を有するナノピンセットを開発するために鋭意研究した結果、前述したナノチューブを利用した静電引力方式のナノピンセットを改良することに成功し、また更に高性能の圧電膜方式のナノピンセットを開発することにも成功するに至った。
【００１８】
まず、従来の静電引力方式ナノピンセットの弱点は、把持するナノ物質が導電性の場合に、ナノチューブ間が電気的にショートしてピンセット機能を喪失し、破断のおそれがあったことである。この欠点を改善するために、ナノチューブ表面に絶縁物質からなるコーティング被膜を形成して、接触時のショートを防止できるナノピンセットを提案する。このコーティング被膜をナノチューブに限らず他の配線部分にまで形成すれば、ナノピンセット全体の絶縁性を高めることができる。この絶縁処理はあらゆる構造の静電方式ナノピンセットに適用できる。
【００１９】
従来の第２の弱点は、先細のガラス管にナノチューブを固定しているので、強度が弱く脆いことである。この欠点を改善するために、ナノチューブのホルダーとして、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）用のカンチレバーのピラミッド部を利用する提案をする。このピラミッド部はシリコンや窒化シリコン製であるから電気絶縁性を有し、しかも強度が従来のガラスチューブと比較して大幅に高い。
【００２０】
前記二つの発明をカンチレバーを用いて総合的に説明する。ピラミッド部の頂点近傍に、２本のナノチューブの基端部を固定し、先端部を突出させる。この固定方法には２種類ある。第１は電子顕微鏡内で基端部近傍を電子ビーム照射する。この照射によって、基端部を被覆するようにカーボン膜やＣＶＤ膜をコーティング被膜として形成する。このコーティング被膜が基端部を押さえてナノチューブを強固に固定する。第２は基端部を直接電子ビーム照射すると、基端部がピラミッド部表面に融着する。この融着部がナノチューブを固定する。
【００２１】
次に、ナノチューブの基端部にリード線を配線する。本発明ではリード線としてナノチューブやＣＶＤ（化学的気相蒸着法）による金属配線などが利用できる。例えば、ナノチューブは強度が強くて柔軟性が極めて高い素材であり、太さや長さも各種存するからナノサイズのリード線として最適である。また、ＣＶＤ法により金属原子を配線状に微小形成することもできる。
【００２２】
ナノチューブリード線の一端を前記基端部に接触させ、この接点を電子ビーム照射してスポット溶接的にピラミッド部に一体固定する。ナノチューブリード線の他端は他のナノチューブリード線に結線しても良いし、カンチレバーに形成された電極膜に結線しても良い。またＣＶＤリード線は基端部やピラミッド部表面に固定しながら形成できる。
【００２３】
これらのリード線を形成してから、ナノチューブ表面、ナノチューブの基端部領域、リード線全体に絶縁材からなるコーティング被膜を形成する。ナノチューブ表面の被膜形成により、静電方式におけるショートを防止できる。同時に、配線全体の被膜形成により、ナノピンセット全体をショート等から保護することができる。また、生体液などの電解質溶液中でナノピンセットを操作しても漏電することはない。コーティング被膜の形成は電子ビーム照射法やＣＶＤ法が利用できる。
【００２４】
カンチレバーの電極膜と外部電源回路との結線は、カンチレバーが比較的大きいので、光学顕微鏡またが光学的拡大鏡下で行うことができる。外部電源回路は電源と電圧制御回路と電気スイッチから構成される。電圧制御回路により印加電圧を自在に調整すれば、ナノチューブ先端間の開度を任意に調整でき、ナノ物質のサイズに応じてナノピンセットを開閉制御できる。
【００２５】
また、静電引力方式と全く異なる圧電膜方式のナノピンセットを開発した。この圧電膜方式は圧電膜の伸縮によりナノチューブを可撓自在にし、これによりナノチューブ先端間を開閉させるものである。従って、ナノチューブ間に電流が流れないので、ナノ物質の電気物性に拘わらずナノピンセットを機能させることができる。
【００２６】
この圧電膜方式では、ナノチューブのホルダーとして、ＡＦＭやＳＴＭ（トンネル顕微鏡）に限らず、広範囲のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）に用いられる探針が用いられる。ＳＰＭの探針はナノチューブと比較するとサイズ的にかなり大きく、２本のナノチューブを固定するには十分な大きさを有する。最も有効なホルダーは前述したＡＦＭ用のカンチレバーのピラミッド部である。以下では、このカンチレバーで説明する。
【００２７】
まず、カンチレバーのピラミッド部に２本のナノチューブの基端部を固定する。このとき、２本のナノチューブの先端部は相互に接触させるようにしておく。つまり、先端が接触した状態で固定する。固定方法には前述したコーティング被膜法と融着法がある。どちらの固定方法でも良い。
【００２８】
次に、２本のナノチューブのどちらか１本の表面に圧電膜を形成する。圧電膜はピエゾ素子とも呼ばれ、電圧を印加すると収縮する性質を有する。電圧を可変にすると、収縮量も変化する。圧電膜が収縮すると、それが固着しているナノチューブが開くように撓む。従って、最初ナノチューブ先端は閉じているが、電圧を印加して先端を開き、この開いた状態でナノ物質を把持する。更に電圧を大きくして開度を増大させると、ナノ物質は放出される。分子間力でナノ物質がナノチューブから離脱しない場合には、試料とナノピンセット間に電圧を印加して電気的に放出することもできる。
【００２９】
圧電膜の両端にはナノチューブリード線の一端を結線し、他端は他のナノチューブリード線に結合しても良いし、前述したようにカンチレバーの電極膜に結線しても良い。勿論、ＣＶＤリード線も利用できる。そして、この電極膜から外部電源回路に接続する。外部電源回路は電源と電圧制御回路と電気スイッチから構成され、その作用は前述の通りである。
【００３０】
２本のナノチューブに圧電膜を形成しても良い。この場合には、２本のナノチューブを電圧印加で撓ませることができるから、ナノチューブ先端の開度をより大きく設定でき、ナノピンセットを高性能化できる。
【００３１】
圧電膜をナノチューブ表面に形成する代わりに、ピラミッド部表面に形成する場合を考える。ピラミッド部を例えば収束イオンビーム装置で刻み込み、刻み部を介して２個のピラミッド片に分割する。各ピラミッド片は可撓性を有するように厚み調整しておく。１個のピラミッド片に１本のナノチューブを突設し、合計２本のナノチューブを先端が接触するように突設する。一方又は両方のピラミッド片の側面に圧電膜を形成し、前述と同様に圧電膜の両端に電圧を印加して圧電膜を収縮させる。この収縮によりピラミッド片が撓み、ナノチューブ先端が開く。後は、ナノ物質を把持したり放出することによってナノピンセットとして機能する。
【００３２】
静電引力方式でも、圧電膜方式でもナノピンセットに用いられるナノチューブは２本以上から構成することもできる。例えば、３本のナノチューブを用いると、これら３本でナノ物質を把持することになる。３本のうち２本を静電引力方式で開閉制御しても良いし、２本に圧電膜を形成して２本を開閉制御しても良い。これらの場合、残りの１本は補助ナノチューブとして機能する。つまり、３本でナノ物質を把持するので、把持の確実化を図ることができる。
【００３３】
圧電膜方式においても、リード線で電圧印加するから、圧電膜の表面とリード線を絶縁物質でコーティングすると、ショートの危険性がなくなる。従って、電解質溶液内でのナノピンセット操作も可能になる。
【００３４】
本発明のナノチューブとしては、カーボンナノチューブのみならず、ＢＣＮ系ナノチューブやＢＮ系ナノチューブ等の一般のナノチューブが利用できる。カーボンナノチューブはＣＮＴとも略称され、カーボン棒のアーク放電を利用して製造される。ＢＣＮ系ナノチューブはＣＮＴのＣ原子の一部をＢ原子とＮ原子に置換したものであり、ＢＮ系ナノチューブはＣ原子のほとんど全部をＢ原子とＮ原子に置換したものである。置換方法として各種の方法が開発されている。
【００３５】
以下に、本発明に係るナノピンセット及びこれを用いたナノマニピュレータ装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明のナノピンセットを用いたナノマニピュレータ装置の作動説明図である。ナノピンセット２はＡＦＭ用のカンチレバー４の先端に突設されたピラミッド部６に２本のナノチューブ８、９を突設して形成されている。これらのナノチューブ８、９の基端部にはリード線１０、１０が設けられ、カンチレバー４の左右側面に形成された電極膜１２、１２に結線されている。この電極膜１２、１２は電気スイッチＳＷ、電源Ｐ及び電圧制御回路ＶＣに接続され、ナノチューブ８、９に適切な電圧を印加する。
【００３６】
２本のナノチューブ８、９は試料１４に接近して配置され、この試料１４の表面には各種の多数のナノ物質１６が配置されている。ナノチューブ８はナノチューブ９より長く下方に突設されている。従って、ナノチューブ８はＡＦＭ用の探針としても利用できる。まず、このナノチューブ８をＡＦＭ探針として３次元駆動機構１７により走査し、把持すべきナノ物質１６の位置と形状を確認する。
【００３７】
ナノチューブ８、９は電圧の印加により開閉制御され、電圧の大きさにより開度が可変される。従って、ナノチューブ８、９を開いてＡＦＭで見当ををつけたナノ物質１６を把持し、その状態で３次元駆動装置Ｄにより矢印方向に沿ってナノ回路部１８まで移動し、ナノチューブ８、９を更に開いてナノ物質１６を放出する。ファンデアワールス力でナノ物質がナノチューブから離脱しない場合には、ナノピンセットとナノ回路部の間に電圧を印加して、ナノ物質を静電引力で放出することもできる。ナノ回路部１８の適所にナノ物質１６を放出することによってナノ回路１８は望まれる構造に組み立てられる。
【００３８】
図２〜図４は本発明に係るナノピンセットの第１実施形態を示す。図２はナノピンセット２の概略正面図である。ピラミッド部６の先端には細くて長いナノチューブ８と太くて短いナノチューブ９が基端部８ｂ、９ｂを固定して配置されている。ナノチューブの先端部８ａは先端部９ａより下方に長く突設されており、先端部８ａがＡＦＭ用探針として活用できるように設定されている。
【００３９】
前記基端部８ｂ、９ｂは周辺への電子ビーム照射によってコーティング被膜１１、１１で被覆固定される。また基端部８ｂ、９ｂの上端にはナノチューブをリード線１０、１０として結線し、このリード線１０、１０の他端は図１２の電極１２、１２に結線される。最後に、ナノチューブリード線１０、１０の表面にもコーティング被膜１１，１１を形成して、これらのリード線をピラミッド部６に固定する。コーティング被膜１１はハッチングで表示されている。
【００４０】
図３はナノピンセット２を試料１４に対向配置した概略斜視図である。試料１４の表面にある凹凸は表面原子を表している。ナノチューブ８の先端部８ａはナノチューブ９の先端部９ａより下方に突出しているから、先端部８ａをＡＦＭ探針として用い、表面原子の凹凸構造を検出する。例えば、試料１４上に置かれたナノ物質の位置や形状を検出する。
【００４１】
図４はナノ物質１６を把持したナノピンセット２の概略正面図である。リード線１０、１０からナノチューブ８、９に直流電圧を印加する。先端部８ａ、９ａには正負の電荷が蓄電され、この正負電荷の静電引力により先端部８ａ、９ａが印加電圧に応じた開度で閉じ、この間にナノ物質１６を把持する。把持するナノ物質１６は図３でＡＦＭ探知されたナノ物質である。
【００４２】
図５は本発明に係るナノマニピュレータ装置の概略構成図である。前述したように、ナノピンセット２はカンチレバー４、サブストレート５、ピラミッド６及びナノチューブ８、９から構成される。試料１４は圧電素子からなる３次元駆動機構１７により３次元方向に駆動される。即ち、試料側を駆動してナノチューブ８、９を試料１４の表面上をＸＹＺ方向に駆動する。勿論、ナノピンセット２側を直接、３次元駆動してもよい。ナノピンセット２と試料１４を相対的に３次元駆動できることが重要である。
２０は半導体レーザー装置、２２は反射ミラー、２４は二分割光検出器、２６はＺ軸検出回路、２８は表示装置、３０はＸＹＺ走査回路である。
【００４３】
ナノチューブ８、９を試料１４に対し所定の斥力位置になるまでＺ軸方向に接近させ、必要なナノ物質１６を把持する。その後、ＸＹＺ走査回路３０で３次元駆動機構１７を走査して、所定の位置までナノチューブ８、９を移動する。この移動の過程では、ナノチューブ８、９と試料表面との離間距離を一定に保つ必要性から、ナノチューブが受ける斥力を常に一定になるようにＺ軸方向にナノチューブを位置制御する必要がある。そのために、レーザービームＬＢをカンチレバー４により反射させ、反射ミラー２２を介して二分割光検出器２４に導入し、上下検出器２４ａ、２４ｂへの偏向を検出しながら、Ｚ軸制御を行う。
【００４４】
Ｚ軸検出回路２６でＺ位置を検出し、ＸＹＺ走査回路３０でＸＹ位置を検出して、これらの位置情報を表示装置２８に表示する。つまり、この表示装置２８には試料表面の凹凸像が表示される。そして、ナノチューブ８、９が所定位置に移動した後、ナノチューブ８、９を開いて把持してきたナノ物質１６を試料表面上に放出する。この操作を繰り返して、所定場所に多数のナノ物質を組み立てて、例えばナノ回路１８を構成する。ナノチューブ８をＡＦＭ操作すれば、ナノ回路１８の全体形状を表示装置２８に撮像することもできる。従って、本発明のナノマニピュレータ装置はナノワールドを自在に構成できるナノロボットである。このナノマニピュレータ装置は真空、大気を含め種々の雰囲気中で使用でき、また電子顕微鏡などの装置内でロボットの手のように操作することもできる。
【００４５】
図６〜図８は本発明に係るナノピンセットの第２実施形態を示す。図６はこのナノピンセット２の概略正面図である。ナノチューブ８、９の先端部８ａ、９ａがその先端で接触するように、基端部８ｂ、９ｂがコーティング被膜１１、１１によりピラミッド部６に固定される。ナノチューブ９の先端部９ａの表面には圧電膜３２が形成され、その上端３２ａ及び下端３２ｂにはナノチューブリード線１０ａ、１０ｂが結線される。ナノチューブリード線１０ａ、１０ｂはそれらの中間点をスポット状コーティング膜１３、１３によりピラミッド部６に固定される。
【００４６】
図７はナノピンセット２を試料１４に対向配置した概略斜視図である。ナノチューブリード線１０ａ、１０ｂの他端１０ｃ、１０ｄはカンチレバー４の電極１２、１２に固定される。電極１２、１２には電気スイッチＳＷ、電源Ｐ、電圧制御回路ＶＣが接続されている。圧電膜３２は両端への電圧印加により収縮し、収縮量は印加電圧とともに増大する。
まずナノチューブ先端が閉じた状態で試料１４の表面をＡＦＭ操作し、把持すべきナノ物質の位置と形状を検出する。
【００４７】
図８はナノ物質１６を把持したナノピンセット２の概略正面図である。電気スイッチＳＷをオンにして圧電膜３２に電圧を印加すると、圧電膜３２の収縮に従ってナノチューブ９が撓み、ナノチューブ８、９の間が開き、対象となるナノ物質１６を把持する。ナノ回路１８の組立は図１と同様であるので、説明を省略する。
【００４８】
図９〜図１１は本発明に係るナノピンセットの第３実施形態を示す。図９はピラミッド部６を有したカンチレバー４の要部斜視図である。このカンチレバー４は一般にＡＦＭ測定に使用されるもので、ピラミッド部６は一塊りとして形成されている。このピラミッド部６を、例えば収束イオンビーム装置により刻設して二つのピラミッド片６ａ、６ｂに２等分し、これらのピラミッド片６ａ、６ｂを可撓自在に形成する。
【００４９】
図１０はこのナノピンセット２の概略正面図である。ピラミッド片６ａ、６ｂは間隙６ｃを介して根本部６ｄから可撓自在に対向している。ナノチューブ８、９の先端部８ａ、９ａがその先端で接触するように、基端部８ｂ、９ｂがコーティング被膜１１、１１によりピラミッド片６ａ、６ｂにそれぞれ固定される。ピラミッド片６ａの側面には圧電膜３２が形成され、その上端３２ａ及び下端３２ｂにはナノチューブリード線１０ａ、１０ｂが結線される。これらのナノチューブリード線１０ａ、１０ｂはカンチレバー４の電極１２、１２を介して第２実施形態と同様の電源回路に接続される。
まずナノチューブ先端が閉じた状態で試料１４の表面をＡＦＭ操作し、把持すべきナノ物質の位置と形状を検出する。
【００５０】
図１１はナノ物質１６を把持したナノピンセット２の概略正面図である。電気スイッチＳＷをオンにして圧電膜３２に電圧を印加すると、圧電膜３２の収縮に従ってピラミッド片６ａが撓み、ナノチューブの先端部８ａ、９ａの間が開き、検出したナノ物質１６を把持する。ナノマニピュレータ装置を用いたナノ回路１８の組立は図１と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
前記実施形態ではナノチューブやピラミッド片は２本構成であったが、これ以上の複数構成にしてもよい。また圧電膜をナノチューブやピラミッド片の１本だけに形成するのでなく、対向する２本に形成することもできる。
【００５２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ナノチューブの表面を絶縁物質でコーティングしたから、静電引力で閉じてもショートしない。従って、あらゆる電気物性を有したナノ物質をピンセット操作することができる。この発明は静電引力方式のナノピンセットの全構造に適用できる。
【００５４】
請求項２の発明によれば、ＡＦＭ用のカンチレバーのピラミッド部をナノチューブホルダーとして用いるからナノピンセット全体の強度が高く、しかも配線をナノチューブリード線やＣＶＤリード線等で構成するから超微細なナノスケール配線が可能となり、回路構成をコンパクトにできる。
【００５５】
請求項３の発明によれば、圧電膜によりナノチューブ先端間を開閉自在に設けるから、ナノ物質の電気的性質、即ち絶縁体、半導体、導電体の違いによらず把持することが可能となり、ナノチューブの絶縁被覆を必要としない点で静電引力方式よりも性能向上を図ることができる。
【００５６】
請求項４の発明によれば、請求項３のホルダーとしてカンチレバーのピラミッド部を用いるから、ナノピンセット全体の強度が高く、しかも対象となるナノ物質の電気的性質に関係なく全物質を把持することができ、広範囲の応用性を有するナノピンセットを提供できる。
【００５７】
請求項５の発明によれば、ナノチューブに圧電膜を形成する代わりに、サイズ的に大きなピラミッド片に圧電膜を形成するから、圧電膜の形成が容易になる。このことによって、圧電膜のサイズも大きくなるから、圧電膜へのナノチューブリード線の結線などの作業性も改善できる。
【００５８】
請求項６の発明によれば、ナノピンセットの圧電膜を絶縁被覆するから、電圧を印加してもショートすることがなく、更にリード線も絶縁被覆すれば、電解質溶液中でもナノピンセット操作が可能となる。
【００５９】
請求項７の発明によれば、前記ナノピンセットを試料に対し３次元的に任意方向に移動制御できるから、ナノ物質の把持、移動、放出を連続的に行うことができる。これによって、細胞やタンパク質などの生体物質、各種分子、超微粒子などのナノ物質を自由自在に組み立てることができるナノロボットを提供でき、創造的科学技術の創製に貢献できる。
【００６０】
請求項８の発明によれば、ナノピンセットを構成する少なくとも１本のナノチューブを走査型プローブ顕微鏡用の探針として用いるから、この探針でナノ物質の位置と形状を確認してから把持でき、また放出すべき位置と場所を検出してからナノ物質を放出できるナノマニピュレータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のナノピンセットを用いたナノマニピュレータ装置の作動説明図である。
【図２】本発明に係るナノピンセットの第１実施形態の概略正面図である。
【図３】第１実施形態のナノピンセットを試料に対向配置した概略斜視図である。
【図４】ナノ物質を把持した第１実施形態のナノピンセットの概略正面図である。
【図５】本発明に係るナノマニピュレータ装置の概略構成図である。
【図６】本発明に係るナノピンセットの第２実施形態の概略正面図である。
【図７】第２実施形態のナノピンセットを試料に対向配置した概略斜視図である。
【図８】ナノ物質を把持した第２実施形態のナノピンセットの概略正面図である。
【図９】ピラミッド部を有したカンチレバーの要部斜視図である。
【図１０】本発明に係るナノピンセットの第３実施形態の概略正面図である。
【図１１】ナノ物質を把持した第３実施形態のナノピンセットの概略正面図である。
【図１２】従来のテーパー加工されたガラスチューブ先端の側面図である。
【図１３】従来のナノピンセットの概略説明図である。
【図１４】従来のナノピンセットに電圧を印加する概要説明図である。
【符号の説明】
２・・・ナノピンセット
４・・・カンチレバー
６・・・ピラミッド部
６ａ、６ｂ・・・ピラミッド片
６ｃ・・間隙
６ｄ・・根本部
８、９・ナノチューブ
８ａ、９ａ・・・先端部
８ｂ、９ｂ・・・基端部
１０、１０ａ、１０ｂ・・・リード線
１１・・・コーティング皮膜
１２・・・電極
１３・・・スポット状コーティング被膜
１４・・・試料
１６・・・ナノ物質
１７・・・３次元駆動機構
１８・・・ナノ回路
２０・・・半導体レーザー装置
２２・・・反射ミラー
２４・・・二分割光検出器
２６・・・Ｚ軸検出回路
２８・・・表示装置
３０・・・ＸＹＺ走査回路
３２・・・圧電膜
３２ａ・・圧電膜の上端
３２ｂ・・圧電膜の下端
８０・・・ガラスチューブ
８２・・・絶縁部
８４ａ、８４ｂ・・・金電極膜
８６ａ、８６ｂ・・・カーボンナノチューブ
８８・・・ナノピンセット
９０ａ、９０ｂ・・・接点
９２ａ、９２ｂ・・・リード線
９４・・・電源
９６・・・ナノ物質
ＬＢ・・・レーザービーム
Ｐ・・・電源
ＳＷ・・・電気スイッチ
ＶＣ・・・電圧制御回路

Claims

ホルダーに基端部を固定して突設された複数のナノチューブと、この中の少なくとも１本のナノチューブの表面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ前記ナノチューブの先端間を開閉自在に設けることを特徴とするナノピンセット。
前記ホルダーはカンチレバーのピラミッド部である請求項１に記載のナノピンセット。
カンチレバーのピラミッド部を構成する変形可能な複数のピラミッド片と、これらのピラミッド片に基端部を固定して突設させた複数のナノチューブと、この中の少なくとも１個のピラミッド片の側面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ、ピラミッド片を可撓自在にしてナノチューブの先端間を開閉自在にすることを特徴とするナノピンセット。
前記ナノチューブの少なくとも一本を走査型プローブ顕微鏡用の探針として用いる請求項１、２又は３に記載のナノピンセット。
ナノピンセットでナノ物質を試料に搬送制御するナノマニピュレータ装置であり、前記ナノピンセットは、ホルダーに基端部を固定して突設された複数のナノチューブと、この中の少なくとも１本のナノチューブの表面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ前記ナノチューブの先端間が開閉自在に設けられ、前記ナノピンセットを試料に対しＸＹＺ方向に移動制御する３次元駆動機構から構成されることを特徴とするナノマニピュレータ装置。
前記ホルダーがカンチレバーのピラミッド部である請求項５に記載のナノマニピュレータ装置。
ナノピンセットでナノ物質を試料に搬送制御するナノマニピュレータ装置であり、前記ナノピンセットは、カンチレバーのピラミッド部を構成する変形可能な複数のピラミッド片と、これらのピラミッド片に基端部を固定して突設させた複数のナノチューブと、この中の少なくとも１個のピラミッド片の側面に形成された圧電膜からなり、この圧電膜に電圧を印加して圧電膜を伸縮させ、前記ピラミッド片を可撓自在にしてナノチューブの先端が開閉するように設けられ、ナノピンセットを試料に対しＸＹＺ方向に移動制御する３次元駆動機構から構成されることを特徴とするナノマニピュレータ装置。
前記ナノチューブの少なくとも一本を走査型プローブ顕微鏡用の探針として用いる請求項５、６又は７に記載のナノマニピュレータ装置。