JP5193078B2 - Analysis method and manufacturing method of surface modified substrate - Google Patents

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本発明は、基板上に有機化合物が固定化された表面修飾基板の解析方法及び製造方法に関する。   The present invention relates to a method for analyzing and manufacturing a surface-modified substrate in which an organic compound is immobilized on a substrate.

基板上に有機化合物を結合させて、分子レベルで基板表面を修飾し、所望の機能を付与する表面化学修飾技術が種々開発されている。
一般的に、ガラス板や石英板の表面、並びに金属酸化膜の表面には、シラン含有有機化合物又はスルホン酸基含有有機化合物を縮合反応させることで、共有結合を形成させ、これらに由来する有機化合物を結合させる。これにより、基板表面を修飾できる。
Various surface chemical modification techniques have been developed in which an organic compound is bonded onto a substrate to modify the substrate surface at the molecular level to give a desired function.
In general, a covalent bond is formed on a surface of a glass plate or a quartz plate and a surface of a metal oxide film by a condensation reaction of a silane-containing organic compound or a sulfonic acid group-containing organic compound, and organics derived therefrom. The compound is allowed to bind. Thereby, the substrate surface can be modified.

具体的には、例えば、ガラス基板上に接着剤やフォトレジスト等の樹脂膜を形成する場合には、これらの基板への密着性を向上させるために、ガラス基板表面にメチル基を導入する。これは、例えば、ヘキサメチルジシラザンをガラス基板表面に結合させることで実現できる。
また、インクジェット等のデバイスでは、その吐出口の吐出側表面を撥水性又は撥油性とする必要があり、吐出口表面にパーフルオロアルキル基を導入する。これは、例えば、シラン含有有機化合物を吐出口表面に結合させることで実現できる(特許文献1参照)。
また、生体分子を固相担体(基板表面)上で、蛍光シグナル等の発光現象により検出する場合には、該生体分子と特異的に結合するプローブを固相担体上に固定化する必要がある。これも上記と同様に、特定の官能基を有する有機化合物を固相担体表面に結合させることで実現できる(非特許文献1参照)。
Specifically, for example, when a resin film such as an adhesive or a photoresist is formed on a glass substrate, a methyl group is introduced on the surface of the glass substrate in order to improve adhesion to these substrates. This can be achieved, for example, by bonding hexamethyldisilazane to the glass substrate surface.
Further, in a device such as an ink jet, it is necessary to make the discharge side surface of the discharge port water-repellent or oil-repellent, and a perfluoroalkyl group is introduced into the discharge port surface. This can be realized, for example, by bonding a silane-containing organic compound to the discharge port surface (see Patent Document 1).
In addition, when a biomolecule is detected on a solid phase carrier (substrate surface) by a luminescence phenomenon such as a fluorescent signal, a probe that specifically binds to the biomolecule needs to be immobilized on the solid phase carrier. . Similarly to the above, this can be realized by bonding an organic compound having a specific functional group to the surface of the solid phase carrier (see Non-Patent Document 1).

このように基板上に有機化合物を固定化させて修飾する技術は、種々の分野で適用されている。このような表面化学修飾技術では、基板表面の修飾状態が所望のものであるか否かを解析することが重要となる。
従来は、解析方法として、電気化学的手法(非特許文献2参照);エリプソメトリー法;水晶振動子マイクロバランス法;電子顕微鏡(走査型、透過型)、走査トンネル顕微鏡又は原子間力顕微鏡を使用する方法;X線光電子分光法等が適用されている。さらに、基板上に固定化させた有機化合物の構造を解析するためには、赤外分光法、核磁気共鳴法(Nuclera Magnetic Resonance)が有効であり(非特許文献2及び3参照)、表面化学修飾技術及び修飾に使用する有機化合物の開発において、重要な知見が得られる。
Thus, the technique of immobilizing an organic compound on a substrate for modification is applied in various fields. In such a surface chemical modification technique, it is important to analyze whether the modification state of the substrate surface is a desired one.
Conventionally, electrochemical methods (see Non-Patent Document 2); ellipsometry method; quartz crystal microbalance method; electron microscope (scanning type, transmission type), scanning tunneling microscope or atomic force microscope are used as analysis methods X-ray photoelectron spectroscopy or the like is applied. Furthermore, in order to analyze the structure of the organic compound immobilized on the substrate, infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance are effective (see Non-Patent Documents 2 and 3). Significant knowledge is gained in the development of modification techniques and organic compounds used for modification.

特開平10−176139号公報JP-A-10-176139

CHEMBIOCHEM,(2001)2,686CHEMBIOCHEM, (2001) 2,686 MRS Bull.,(1993)18,45MRS Bull. , (1993) 18, 45 Langmuir,(1999)15,66Langmuir, (1999) 15, 66.

表面化学修飾の分野では、基板表面に固定化された有機化合物のin situな情報を取得するために、固定化された状態の有機化合物自体の構造を解析することは、非常に重要な手段である。特に赤外分光法を適用することで、分子構造を詳細且つ容易に解析できる。
しかし従来は、有機化合物を安定して基板表面に固定化し、しかも固定化された該有機化合物を、赤外分光法を適用して詳細に解析できる手法が開発されていないのが実情であった。
In the field of surface chemical modification, in order to obtain in situ information on the organic compound immobilized on the substrate surface, analyzing the structure of the immobilized organic compound itself is a very important means. is there. In particular, the molecular structure can be analyzed in detail and easily by applying infrared spectroscopy.
However, in the past, there has been no actual development of a method for stably immobilizing an organic compound on a substrate surface and further analyzing the immobilized organic compound by applying infrared spectroscopy. .

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、基板表面に固定化された有機化合物の構造や、該有機化合物による修飾状態を赤外分光法で詳細に解析できる表面修飾基板、及びその解析方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a surface-modified substrate capable of analyzing in detail the structure of an organic compound immobilized on the substrate surface and the modification state by the organic compound by infrared spectroscopy, and its It is an object to provide an analysis method.

上記課題を解決するため、
請求項1に記載の発明は、基板上に、赤外域において光反射性を有する金属製の薄膜が形成され、該薄膜の表面が酸化膜とされた解析用基板の前記酸化膜に、下記一般式(I)〜(III)のいずれかで表される有機化合物を結合させて表面修飾基板とし、該表面修飾基板の赤外光反射スペクトルを測定することを特徴とする表面修飾基板の解析方法である。
To solve the above problem,
In the invention described in claim 1, a metal thin film having light reflectivity in the infrared region is formed on a substrate, and the surface of the thin film is an oxide film. A method for analyzing a surface-modified substrate, comprising combining a compound represented by any one of formulas (I) to (III) to form a surface-modified substrate and measuring an infrared light reflection spectrum of the surface-modified substrate. It is.

Figure 0005193078
Figure 0005193078

[式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基であり;Rは水素原子又は1価の炭化水素基であり;X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基であり、複数のXは互いに同一でも異なっていても良く;nは1、2又は3であり;nが2又は3である場合にはn個のRは互いに同一でも異なっていても良く;nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。] [Wherein R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group; R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group; X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group; A plurality of X 2 may be the same or different from each other; n is 1, 2 or 3; when n is 2 or 3, n R 1 may be the same or different from each other When n is 1, two R 2 s may be the same or different from each other; ]

請求項2に記載の発明は、前記金属がチタン、クロム、アルミニウム又は銅であることを特徴とする請求項1に記載の表面修飾基板の解析方法である。
請求項3に記載の発明は、基板上に有機化合物が固定化された表面修飾基板の製造方法であって、基板上に、赤外域において光反射性を有する金属製の薄膜を形成する工程と、該薄膜の表面に酸化膜を形成する工程と、該酸化膜に、下記一般式(I)〜(III)のいずれかで表される有機化合物を結合させる工程と、を有することを特徴とする表面修飾基板の製造方法である。
The invention according to claim 2 is the method for analyzing a surface-modified substrate according to claim 1, wherein the metal is titanium, chromium, aluminum, or copper.
The invention according to claim 3 is a method of manufacturing a surface-modified substrate having an organic compound immobilized on a substrate, the step of forming a metal thin film having light reflectivity in the infrared region on the substrate; And a step of forming an oxide film on the surface of the thin film, and a step of bonding an organic compound represented by any one of the following general formulas (I) to (III) to the oxide film. This is a method for producing a surface-modified substrate.

Figure 0005193078
Figure 0005193078

[式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基であり;Rは水素原子又は1価の炭化水素基であり;X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基であり、複数のXは互いに同一でも異なっていても良く;nは1、2又は3であり;nが2又は3である場合にはn個のRは互いに同一でも異なっていても良く;nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。] [Wherein R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group; R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group; X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group; A plurality of X 2 may be the same or different from each other; n is 1, 2 or 3; when n is 2 or 3, n R 1 may be the same or different from each other When n is 1, two R 2 s may be the same or different from each other; ]

請求項4に記載の発明は、前記金属がチタン、クロム、アルミニウム又は銅であることを特徴とする請求項3に記載の表面修飾基板の製造方法である。   The invention according to claim 4 is the method for producing a surface modified substrate according to claim 3, wherein the metal is titanium, chromium, aluminum or copper.

本発明によれば、基板表面に固定化された有機化合物の構造や、これら有機化合物による修飾状態を赤外分光法で詳細に解析できる。また、微細な修飾パターンでも、高精度に解析できる。   According to the present invention, the structure of an organic compound immobilized on the substrate surface and the modification state by these organic compounds can be analyzed in detail by infrared spectroscopy. Even fine modification patterns can be analyzed with high accuracy.

本発明の表面修飾基板の製造方法を説明するための概略断面図であり、(a)は解析用基板、(b)は表面修飾基板の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the surface modification board | substrate of this invention, (a) is a board | substrate for analysis, (b) is a schematic sectional drawing of a surface modification board | substrate. 実施例2における表面修飾基板の赤外分光法の全反射測定法での解析データを示す図である。It is a figure which shows the analysis data in the total reflection measurement method of the infrared spectroscopy of the surface modification board | substrate in Example 2. FIG. 実施例3で作製した表面修飾基板を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a surface-modified substrate produced in Example 3. FIG. 実施例4における表面修飾基板の赤外分光法の全反射測定法での解析データを示す図である。It is a figure which shows the analysis data in the total reflection measuring method of the infrared spectroscopy of the surface modification board | substrate in Example 4. FIG.

以下、本発明について、図面を参照しながら詳しく説明する。
<表面修飾基板の製造方法>
図1(a)は、本発明における解析用基板を例示する概略断面図である。解析用基板とは、表面修飾基板の製造に供する基板である。
解析用基板1において、基板11の表面11aには、金属薄膜13が成膜され、金属薄膜13の表面には、酸化膜14が形成されている。
基板11の材質は、一般的に利用されているもので良い。具体的には、ガラス、樹脂、金属、セラミックスが例示でき、なかでもガラス又はシリコン樹脂が特に好ましい。本発明においては、解析用基板は、反射光の測定に使用されるので、基板11の材質は、必ずしも光透過性を有していなくて良い。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Method for producing surface-modified substrate>
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating an analysis substrate in the present invention. The analysis substrate is a substrate used for manufacturing a surface-modified substrate.
In the analysis substrate 1, a metal thin film 13 is formed on the surface 11 a of the substrate 11, and an oxide film 14 is formed on the surface of the metal thin film 13.
The material of the substrate 11 may be a commonly used material. Specifically, glass, resin, metal, and ceramics can be exemplified, and glass or silicon resin is particularly preferable. In the present invention, since the analysis substrate is used for measurement of reflected light, the material of the substrate 11 does not necessarily have light transmittance.

基板11の厚さ及び表面積は、目的に応じて適宜設定すれば良い。例えば、操作性を考慮すると、厚さT11は、通常、0.1〜10mmであることが好ましく、0.3〜1.5mmであることがより好ましい。このような範囲であれば、基板11の微細加工性や、得られた表面修飾基板の使用性に特に優れたものとなる。 What is necessary is just to set the thickness and surface area of the board | substrate 11 suitably according to the objective. For example, considering the operability, the thickness T 11 typically is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.3 to 1.5 mm. If it is such a range, it will become the thing especially excellent in the fine workability of the board | substrate 11, and the usability of the obtained surface modification board | substrate.

金属薄膜13の材質は、赤外域において光反射性を有し、酸化され得るものであればいずれでも良い。なかでも好ましいものとして、チタン(Ti)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)及び銅(Cu)が例示できる。
金属薄膜13の厚さT13は、光反射性を損なわない限り特に限定されないが、40〜600nmであることが好ましく、50〜400nmであることがより好ましく、50〜300nmであることが特に好ましい。厚さT13を下限値以上とすることで、一層均一な薄膜が得られると共に、基板上の修飾層を一層明瞭に確認でき、上限値以下とすることで、取り扱い性が良好な解析用基板とすることができる。
The material of the metal thin film 13 may be any material as long as it has light reflectivity in the infrared region and can be oxidized. Among these, titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), and copper (Cu) can be exemplified as preferable examples.
The thickness T 13 of the metal thin film 13 is not particularly limited as long as they do not impair the light reflectivity is preferably 40~600Nm, more preferably from 50 to 400 nm, and particularly preferably 50~300nm . By setting the thickness T 13 equal to or greater than the lower limit, the more uniform thin film is obtained, the modified layer on the substrate can be more clearly confirmed, by more than the upper limit, a substrate for a good analysis handleability It can be.

金属薄膜13の材質によって、これを基板表面に良好に密着できない場合には、必要に応じて基板表面11aを粗化処理しても良い。   If the metal thin film 13 cannot be satisfactorily adhered to the substrate surface due to the material of the metal thin film 13, the substrate surface 11a may be roughened as necessary.

金属薄膜13の表面には、酸化膜14が形成されている。酸化膜14は、基板表面11aを修飾する、酸素原子との反応性を有する有機化合物を基板上へ固定化するための膜である。すなわち、該有機化合物は、酸化膜14に結合することで間接的に基板11上に結合する。
酸化膜14は金属薄膜13の表面を酸化することで形成される金属酸化物であり、該金属酸化物を構成する酸素原子は、水素原子と結合して、水酸基を形成していても良い。
An oxide film 14 is formed on the surface of the metal thin film 13. The oxide film 14 is a film for immobilizing an organic compound that modifies the substrate surface 11a and has reactivity with oxygen atoms on the substrate. That is, the organic compound is indirectly bonded onto the substrate 11 by bonding to the oxide film 14.
The oxide film 14 is a metal oxide formed by oxidizing the surface of the metal thin film 13, and oxygen atoms constituting the metal oxide may be bonded to hydrogen atoms to form a hydroxyl group.

酸化膜14の厚さT14は、前記有機化合物との結合を損なわない限り特に限定されない。例えば、酸化条件を適宜調整することで、10nm以下とすることもできる。このような厚さにおいて、前記有機化合物と安定して結合でき、しかも取り扱い性が良好な解析用基板とすることができる。
厚さT14は、金属薄膜13の酸化条件を調整することで調整できる。
The thickness T 14 of the oxide film 14 is not particularly limited as long as they do not impair the binding of the organic compound. For example, the thickness can be made 10 nm or less by appropriately adjusting the oxidation conditions. With such a thickness, it is possible to obtain an analysis substrate that can be stably bonded to the organic compound and has good handleability.
The thickness T 14 can be adjusted by adjusting the oxidation conditions of the metal thin film 13.

解析用基板は、下記方法で製造できる。ここでは、図1を引用して、解析用基板1の場合について説明するが、その他の解析用基板についても、同様に製造できる。
まず、基板表面11aに、スパッタリング等、公知の手法で金属薄膜13を成膜する。
次いで、金属薄膜13の表面を酸化して、酸化膜14を形成する。酸化方法は公知の手法で良く、金属薄膜13の材質を考慮して選択すれば良い。具体的には、金属薄膜13を水蒸気に暴露する方法や、金属薄膜13にプラズマを照射する方法が例示できる。また、金属薄膜13を空気酸化させても良い。
酸化条件は、所望の酸化膜の厚さに応じて、適宜調整することが好ましい。
水蒸気に暴露する場合には、処理時の水蒸気の温度は300〜500℃程度であることが好ましい。また、処理時間は0.5〜3時間程度であることが好ましい。
プラズマを照射する場合には、アンテナパワーを600〜900W程度とし、10〜50分程度照射することが好ましい。プラズマは酸素プラズマが好ましい。
酸化膜14を形成後は、基板11を洗浄しても良い。このようにすることで、次工程で有機化合物を一層確実に酸化膜14に結合させることができる。洗浄方法としては、紫外線/オゾン照射による洗浄;塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、30%過酸化水素水/濃硫酸=1/3(v/v)(ピランハ溶液)等の強酸を使用する洗浄が例示できる。
以上により、解析用基板1が得られる。
The analysis substrate can be manufactured by the following method. Here, the case of the analysis substrate 1 will be described with reference to FIG. 1, but other analysis substrates can be similarly manufactured.
First, the metal thin film 13 is formed on the substrate surface 11a by a known method such as sputtering.
Next, the surface of the metal thin film 13 is oxidized to form an oxide film 14. The oxidation method may be a known method and may be selected in consideration of the material of the metal thin film 13. Specifically, a method of exposing the metal thin film 13 to water vapor or a method of irradiating the metal thin film 13 with plasma can be exemplified. Further, the metal thin film 13 may be oxidized by air.
The oxidation conditions are preferably adjusted as appropriate according to the desired thickness of the oxide film.
When exposed to water vapor, the temperature of the water vapor during the treatment is preferably about 300 to 500 ° C. The treatment time is preferably about 0.5 to 3 hours.
In the case of plasma irradiation, it is preferable that the antenna power is about 600 to 900 W and irradiation is performed for about 10 to 50 minutes. The plasma is preferably oxygen plasma.
After forming the oxide film 14, the substrate 11 may be cleaned. By doing so, the organic compound can be more reliably bonded to the oxide film 14 in the next step. Cleaning method is UV / ozone irradiation; use strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, 30% hydrogen peroxide / concentrated sulfuric acid = 1/3 (v / v) (pyranha solution) Examples of cleaning are as follows.
Thus, the analysis substrate 1 is obtained.

前記解析用基板は、その酸化膜に、酸素原子との反応性を有する下記一般式(I)〜(III)のいずれかで表される有機化合物を結合させることで、表面修飾基板とすることができる。前記有機化合物は、前記酸化膜上の金属酸化物を構成する酸素原子又は水素原子と結合して水酸基を形成している酸素原子と反応することで、酸化膜に結合すると推測される。前記有機化合物は、一般式から明らかな通り、シラン含有有機化合物又はスルホン酸基含有有機化合物である。   The analysis substrate is a surface-modified substrate by bonding an organic compound represented by any one of the following general formulas (I) to (III) having reactivity with oxygen atoms to the oxide film. Can do. The organic compound is presumed to be bonded to the oxide film by reacting with an oxygen atom which forms a hydroxyl group by combining with an oxygen atom or a hydrogen atom constituting the metal oxide on the oxide film. As is apparent from the general formula, the organic compound is a silane-containing organic compound or a sulfonic acid group-containing organic compound.

Figure 0005193078
Figure 0005193078

[式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基であり;Rは水素原子又は1価の炭化水素基であり;X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基であり、複数のXは互いに同一でも異なっていても良く;nは1、2又は3であり;nが2又は3である場合にはn個のRは互いに同一でも異なっていても良く;nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。] [Wherein R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group; R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group; X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group; A plurality of X 2 may be the same or different from each other; n is 1, 2 or 3; when n is 2 or 3, n R 1 may be the same or different from each other When n is 1, two R 2 s may be the same or different from each other; ]

式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基である。ここで、加水分解可能な基における「基」とは、一つの原子及び複数の原子からなる基のいずれでも良い。
の加水分解可能な基として、好ましいものとしては、炭素数が1〜6のアルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基及びハロゲン原子が例示できる。
炭素数が1〜6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペントキシ基およびヘキシルオキシ基が例示できる。
アリールオキシ基としては、フェノキシ基およびナフトキシ基が例示できる。
アラルキルオキシ基としては、ベンジルオキシ基およびフェネチルオキシ基が例示できる。
アシルオキシ基としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基およびベンゾイルオキシ基が例示できる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が例示できる。
これらのなかでも、Rは加水分解可能な基であることが好ましく、炭素数が1〜6のアルコキシ基であることがより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基であることが特に好ましい。
In the formula, R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group. Here, the “group” in the hydrolyzable group may be either a single atom or a group consisting of a plurality of atoms.
Preferred examples of the hydrolyzable group for R 1 include an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an aryloxy group, an aralkyloxy group, an acyloxy group, and a halogen atom.
Examples of the alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentoxy group and hexyloxy. Examples are groups.
Examples of the aryloxy group include a phenoxy group and a naphthoxy group.
Examples of the aralkyloxy group include a benzyloxy group and a phenethyloxy group.
Examples of the acyloxy group include an acetoxy group, a propionyloxy group, a butyryloxy group, a valeryloxy group, a pivaloyloxy group, and a benzoyloxy group.
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
Among these, R 1 is preferably a hydrolyzable group, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.

式中、Rは水素原子又は1価の炭化水素基である。
の1価の炭化水素基は特に限定されず、鎖状構造および環状構造のいずれでも良く、飽和および不飽和のいずれでも良い。鎖状構造の場合には、直鎖状および分岐鎖状のいずれでも良く、環状構造の場合には、単環構造および多環構造のいずれでも良い。
なかでも、好ましいものとして、炭素数が1〜6のアルキル基、アリール基およびアラルキル基が例示できる。
炭素数が1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基およびヘキシル基が例示できる。
アリール基としては、フェニル基およびナフチル基が例示できる。
アラルキル基としては、ベンジル基およびフェネチル基が例示できる。
これらのなかでも、Rは1価の炭化水素基であることが好ましく、炭素数が1〜6のアルキル基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基又はイソプロピル基であることが特に好ましく、メチル基であることが最も好ましい。
In the formula, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group.
The monovalent hydrocarbon group for R 2 is not particularly limited, and may be a chain structure or a cyclic structure, and may be either saturated or unsaturated. In the case of a chain structure, either a straight chain or a branched chain may be used, and in the case of a cyclic structure, either a monocyclic structure or a polycyclic structure may be used.
Of these, preferred are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, aryl groups and aralkyl groups.
Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group and hexyl group. It can be illustrated.
Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.
Examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group.
Among these, R 2 is preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an isopropyl group. Particularly preferred is a methyl group, and most preferred is a methyl group.

式中、X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基である。そして、複数のXは互いに同一でも異なっていても良い。すなわち、一般式(II)中の6個のXは、すべて同じでも良いし、一部が異なっていても良く、すべて異なっていても良い。
、X及びXの1価の有機基は、目的に応じて任意に選択できる。具体的には、直鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基や、該炭化水素基の少なくとも一つの水素原子又は炭素原子が、置換基で置換されたものが例示できる。ここで、「置換基」とは、一つの原子及び複数の原子からなる基のいずれでも良い。
In the formula, X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group. Then, a plurality of X 2 may be the same or different from each other. That is, all six X 2 in the general formula (II) may be the same, a part of them may be different, or all may be different.
The monovalent organic groups of X 1 , X 2 and X 3 can be arbitrarily selected according to the purpose. Specific examples include linear, branched or cyclic hydrocarbon groups and those in which at least one hydrogen atom or carbon atom of the hydrocarbon group is substituted with a substituent. Here, the “substituent” may be either a single atom or a group consisting of a plurality of atoms.

例えば、基板表面を撥液性の単分子膜で修飾する場合には、X、X及びXは、炭素数1〜16の直鎖状若しくは分岐鎖状のフルオロアルキル基又はフルオロアルキルエーテル基であることが好ましい。ここで「フルオロアルキル基」とは、「アルキル基の一つ以上の水素原子がフッ素原子に置換されたもの」を指す。また、「フルオロアルキルエーテル基」とは、「前記フルオロアルキル基が酸素原子に結合した一価の基」を指す。さらに、「撥液」とは、「撥水」又は「撥油」を指す。
、X及びXのフルオロアルキル基又はフルオロアルキルエーテル基におけるアルキルとしては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシルが例示できる。
、X及びXのフルオロアルキル基又はフルオロアルキルエーテル基における炭素数は、3〜12であることが好ましく、6〜10であることがより好ましい。
前記フルオロアルキル基又はフルオロアルキルエーテル基は、水素原子が置換されているフッ素原子の数が多いほど好ましく、すべての水素原子がフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルキルエーテル基でも良い。そして、X及びXにおいては、ケイ素原子に結合している部位とは反対側の末端の水素原子がすべてフッ素原子で置換されていることが好ましい。同様に、Xにおいては、硫黄原子に結合している部位とは反対側の末端の水素原子がすべてフッ素原子で置換されていることが好ましい。
For example, when the substrate surface is modified with a liquid repellent monomolecular film, X 1 , X 2 and X 3 are each a linear or branched fluoroalkyl group or fluoroalkyl ether having 1 to 16 carbon atoms It is preferably a group. Here, the “fluoroalkyl group” refers to “one or more hydrogen atoms of the alkyl group substituted with fluorine atoms”. The “fluoroalkyl ether group” refers to “a monovalent group in which the fluoroalkyl group is bonded to an oxygen atom”. Furthermore, “liquid repellency” refers to “water repellency” or “oil repellency”.
As the alkyl in the fluoroalkyl group or fluoroalkyl ether group of X 1 , X 2 and X 3 , methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, Examples include heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl and hexadecyl.
The number of carbon atoms in the fluoroalkyl group or fluoroalkyl ether group of X 1 , X 2 and X 3 is preferably 3 to 12, and more preferably 6 to 10.
The fluoroalkyl group or fluoroalkyl ether group is preferably as the number of fluorine atoms substituted with hydrogen atoms increases, and may be a perfluoroalkyl group or a perfluoroalkyl ether group in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. . In X 1 and X 2 , it is preferable that all of the hydrogen atoms at the terminal opposite to the portion bonded to the silicon atom are substituted with fluorine atoms. Similarly, in the X 3, preferably hydrogen atoms of the opposite end is substituted with any fluorine atom and moiety bonded to a sulfur atom.

これらのなかでも、X、X及びXのフルオロアルキル基又はフルオロアルキルエーテル基としては、直鎖状のものが好ましく、直鎖状のフルオロアルキル基がより好ましい。特に、直鎖状若しくは分岐鎖状のパーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルキルエーテル基とした場合、これら有機化合物で形成される修飾層は、従来のポリテトラフオロエチレン等を含む層よりも、透明度に優れ、薄い単層薄膜とするのに好適であり、パターニングや除去などの微細加工性に優れる。透明度が優れているので、例えば、細胞や細胞に作用する物質を光学的に検出する場合には、ノイズの大幅な低減が可能であり、高感度な解析が可能なバイオチップを提供できる。また、微細加工性に優れているので、基板上に微小サイズのパターンを多数形成することができ、高い効率で解析が可能なバイオチップを提供できる。 Among these, as the fluoroalkyl group or fluoroalkyl ether group of X 1 , X 2 and X 3, a linear group is preferable, and a linear fluoroalkyl group is more preferable. In particular, when a linear or branched perfluoroalkyl group or perfluoroalkyl ether group is used, the modified layer formed of these organic compounds is more transparent than the conventional layer containing polytetrafluoroethylene or the like. Excellent, suitable for forming a thin single layer thin film, and excellent in fine workability such as patterning and removal. Since the transparency is excellent, for example, when optically detecting a cell or a substance acting on the cell, noise can be greatly reduced, and a biochip capable of highly sensitive analysis can be provided. Moreover, since it is excellent in fine workability, a large number of patterns having a small size can be formed on the substrate, and a biochip capable of analysis with high efficiency can be provided.

また、基板表面を単分子膜で修飾する場合には、X、X及びXの好ましいものとしては、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が例示できる。ここで、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数が5〜30であることが好ましく、5〜25であることがより好ましく、8〜20であることが特に好ましい。そして、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。 When the substrate surface is modified with a monomolecular film, preferred examples of X 1 , X 2 and X 3 include linear or branched alkyl groups. Here, the linear or branched alkyl group preferably has 5 to 30 carbon atoms, more preferably 5 to 25 carbon atoms, and particularly preferably 8 to 20 carbon atoms. And it is preferable that it is a linear alkyl group.

、X及びXにおける前記炭化水素基の水素原子が置換される置換基として、具体的には、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子を除くハロゲン原子が例示できる。
、X及びXにおける前記炭化水素基の炭素原子が置換される置換基として、具体的には、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、カルボニル基、オキシカルボニル基、カルボニルオキシ基、アミド基(−NH−C(=O)−)が例示できる。
Specific examples of the substituent in which the hydrogen atom of the hydrocarbon group in X 1 , X 2 and X 3 is substituted include an amino group, a nitro group, a cyano group, and a halogen atom excluding a fluorine atom.
Specific examples of the substituent in which the carbon atom of the hydrocarbon group in X 1 , X 2 and X 3 is substituted include an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, a carbonyl group, an oxycarbonyl group, a carbonyloxy group, an amide A group (—NH—C (═O) —) can be exemplified.

これらのなかでも、X、X及びXは直鎖状のアルキル基又は直鎖状のフルオロアルキル基であることが好ましい。 Among these, X 1 , X 2 and X 3 are preferably a linear alkyl group or a linear fluoroalkyl group.

式中、nは1、2又は3であり、nが2又は3である場合には、n個のRは互いに同一でも異なっていても良く、nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。 In the formula, n is 1, 2 or 3, and when n is 2 or 3, n R 1 s may be the same as or different from each other, and when n is 1, R 2 may be the same as or different from each other.

前記有機化合物は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、例えば、一般式(I)〜(III)のうち、同じ一般式で表わされるものを二種以上併用しても良いし、異なる一般式で表わされるものを二種以上併用しても良い。さらに、二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜設定すれば良い。   The said organic compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more types are used in combination, for example, among the general formulas (I) to (III), two or more types represented by the same general formula may be used in combination, or those represented by different general formulas may be used. Two or more kinds may be used in combination. Furthermore, when using 2 or more types together, the combination and ratio should just be set suitably according to the objective.

図1(b)は、本発明における表面修飾基板を例示する概略断面図である。ここでは、表面修飾基板2として、図1(a)で説明した解析用基板1を使用し、さらに前記有機化合物として、前記一般式(I)で表されるものに分類される1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエトキシシランを使用して製造したものを例示している。ただし、これに限らず、前記一般式(I)で表される有機化合物はそのRが、前記一般式(II)で表される有機化合物はそのケイ素原子が、前記一般式(III)で表される有機化合物はそのスルホン酸基が、それぞれ酸素原子と反応することで、酸化膜14と結合し、基板に固定化されると推測される。そして、固定化された前記有機化合物が修飾層15を形成し、基板表面が修飾される。なお、図1(b)では、前記有機化合物と酸化膜14との固定化状態を詳細に示すため、修飾層15は断面表示していない。 FIG. 1B is a schematic cross-sectional view illustrating a surface-modified substrate in the present invention. Here, the analysis substrate 1 described with reference to FIG. 1A is used as the surface modification substrate 2, and the organic compounds are classified into those represented by the general formula (I) 1H, 1H, An example produced using 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane is illustrated. However, the organic compound represented by the general formula (I) is not limited thereto, and R 1 is the organic compound represented by the general formula (II), and the silicon atom is the organic compound represented by the general formula (III). In the organic compound represented, it is presumed that the sulfonic acid group is bonded to the oxide film 14 by being reacted with an oxygen atom and fixed to the substrate. Then, the immobilized organic compound forms a modification layer 15 and the substrate surface is modified. In FIG. 1B, the modification layer 15 is not shown in cross-section in order to show the immobilization state of the organic compound and the oxide film 14 in detail.

修飾層15の厚さT15は、修飾層15を形成する有機化合物の分子の長さに依存し、酸化膜14との結合を損なわない限り特に限定されない。修飾層15を単分子膜とする場合、修飾層15の厚さT15を好ましくは10nm以下、より好ましくは5nm以下とすることができ、このような厚さにおいて、酸化膜14と安定して結合できる。
また、厚さT15は、エリプソメータ等を使用して公知の手法で測定できる。
The thickness T 15 of the modification layer 15 depends on the molecular length of the organic compound that forms the modification layer 15, and is not particularly limited as long as the bond with the oxide film 14 is not impaired. If the modified layer 15 and the monomolecular film, preferably 10nm thickness T 15 of the modified layer 15 or less, more preferably be a 5nm or less, in such a thickness, stable and oxide film 14 Can be combined.
The thickness T 15 can be measured by a known method using an ellipsometer or the like.

本発明においては、酸化膜14及び修飾層15の合計の厚さ(T14+T15)は、前記有機化合物の分子の長さに依存するが、200nm以下のものが好適に得られる。そして、酸化条件を適宜調整することで、10nm以下とすることもできる。また、酸化膜14及び修飾層15の合計の厚さをこのような範囲とすることで、例えば、特に微細なパターンを表面に有する各種基板を高精度に製造できる。 In the present invention, the total thickness (T 14 + T 15 ) of the oxide film 14 and the modification layer 15 depends on the molecular length of the organic compound, but a thickness of 200 nm or less is preferably obtained. And it can also be 10 nm or less by adjusting oxidation conditions suitably. In addition, by setting the total thickness of the oxide film 14 and the modification layer 15 in such a range, for example, various substrates having a particularly fine pattern on the surface can be manufactured with high accuracy.

本発明おいては、酸化膜14を介して前記有機化合物を基板11上に固定化させることで、修飾層15を上記のように極めて薄い厚さで形成できる。これは、酸化膜14を介在させることで、前記有機化合物が単分子膜を容易に形成し、基板表面11aから外側へ向けて一様に配向するためであると推測される。
一方、酸化膜14を介在させずに、前記有機化合物を直接金属薄膜13へ固定化しようとすると、上記のような薄い厚さでは修飾層を形成できず、数千nmもの厚さになるのが通常である。これは、金属薄膜13上では、前記有機化合物が配向することなくランダムに固定化され、しかも該有機化合物同士で結合を形成するなど、有機化合物の反応を制御できないためであると推測される。
このように、本発明における表面修飾基板は、酸化膜14及び修飾層15の合計の厚さを極めて薄くできる点に特徴がある。
In the present invention, by fixing the organic compound on the substrate 11 via the oxide film 14, the modification layer 15 can be formed with an extremely thin thickness as described above. This is presumed to be because the organic compound easily forms a monomolecular film with the oxide film 14 interposed, and is uniformly oriented outward from the substrate surface 11a.
On the other hand, if the organic compound is directly fixed to the metal thin film 13 without the oxide film 14 interposed, the modification layer cannot be formed with the thin thickness as described above, and the thickness becomes several thousand nm. Is normal. This is presumably because the reaction of the organic compound cannot be controlled, for example, the organic compound is randomly fixed without being oriented on the metal thin film 13 and a bond is formed between the organic compounds.
Thus, the surface-modified substrate in the present invention is characterized in that the total thickness of the oxide film 14 and the modified layer 15 can be extremely reduced.

前記有機化合物は、一般的に利用されている方法で酸化膜14に結合させることができる。好ましい方法として具体的には、所定濃度の有機化合物の溶液を、酸化膜14に溶液中で接触させる方法、前記有機化合物を真空中等で気化させて、酸化膜14に接触させる方法が例示でき、好適な方法としてより具体的には、ディップ塗布が例示できる。
有機化合物の溶液を使用する場合、溶液中の有機化合物の濃度は特に限定されず、有機化合物が析出せず、取り扱いに不具合を生じない範囲で、通常は、0.03M以上であることが好ましく、0.06M以上であることがより好ましく、0.09M以上であることが特に好ましい。このよう範囲であれば、一層確実に有機化合物を結合させることができる。
溶媒は、有機化合物の種類を考慮して選択すれば良く、有機化合物との反応性を有さないものが好ましく、アルコール類、ハロゲン系溶媒が例示できる。アルコール類としては、エタノール又はイソプロパノールが好ましい。また、アルコール類を使用する場合には、水溶液との混合溶媒としても良い。また、ハロゲン系溶媒としては、フッ素系溶媒、塩素系溶媒が好ましい。通常、有機化合物がハロゲン原子を有する場合には、ハロゲン系溶媒を使用することが好ましい。
The organic compound can be bonded to the oxide film 14 by a generally used method. Specific examples of preferred methods include a method in which a solution of an organic compound having a predetermined concentration is brought into contact with the oxide film 14 in a solution, and a method in which the organic compound is vaporized in a vacuum and brought into contact with the oxide film 14. More specifically, dip coating can be exemplified as a suitable method.
When using a solution of an organic compound, the concentration of the organic compound in the solution is not particularly limited, and is usually 0.03 M or more, as long as the organic compound does not precipitate and does not cause a problem in handling. , 0.06M or more is more preferable, and 0.09M or more is particularly preferable. If it is such a range, an organic compound can be combined more reliably.
The solvent may be selected in consideration of the type of the organic compound, and preferably has no reactivity with the organic compound, and examples thereof include alcohols and halogen solvents. As the alcohol, ethanol or isopropanol is preferable. Moreover, when using alcohol, it is good also as a mixed solvent with aqueous solution. Moreover, as a halogen-type solvent, a fluorine-type solvent and a chlorine-type solvent are preferable. Usually, when an organic compound has a halogen atom, it is preferable to use a halogen-based solvent.

有機化合物を酸化膜14に結合させた後は、基板11を乾燥させ、適宜必要に応じて洗浄することで、表面修飾基板2が得られる。
洗浄方法は、洗浄液として、有機化合物の溶液で使用したものと同様の溶媒を使用する方法が例示できる。
After the organic compound is bonded to the oxide film 14, the surface-modified substrate 2 is obtained by drying the substrate 11 and washing it as necessary.
Examples of the cleaning method include a method in which the same solvent as that used in the organic compound solution is used as the cleaning liquid.

<表面修飾基板の解析方法>
表面修飾基板は、赤外光反射スペクトルを測定することで、基板表面に固定化された前記有機化合物の構造や、これら有機化合物による修飾状態を詳細に解析できる。
赤外光反射スペクトルの測定は、赤外分光法(FT−IR)の全反射測定法(ATR法)又は高感度反射法(RAS法)で行うことが好ましい。例えば、図1(a)に示す表面修飾基板2の基板表面11aが比較的平滑である場合には、全反射測定法及び高感度反射法のいずれも適用でき、基板表面11aが粗化されている場合には、全反射測定法を適用することが好ましい。
<Method for analyzing surface-modified substrates>
By measuring the infrared light reflection spectrum, the surface-modified substrate can analyze in detail the structure of the organic compound immobilized on the substrate surface and the modification state by these organic compounds.
The infrared light reflection spectrum is preferably measured by an infrared spectroscopy (FT-IR) total reflection measurement method (ATR method) or a highly sensitive reflection method (RAS method). For example, when the substrate surface 11a of the surface-modified substrate 2 shown in FIG. 1A is relatively smooth, both the total reflection measurement method and the high-sensitivity reflection method can be applied, and the substrate surface 11a is roughened. If it is, it is preferable to apply the total reflection measurement method.

本発明によれば、基板表面に固定化された有機化合物の構造や、これら有機化合物による修飾状態を赤外分光法で詳細に解析できる。また、微細な修飾パターンでも、高精度に解析できる。このように、表面修飾基板を詳細且つ高精度に解析できるので、所望の機能を有するものを選別して使用できる。また、新たな機能を付加した表面修飾基板の開発のために、有用な情報が得られる。   According to the present invention, the structure of an organic compound immobilized on the substrate surface and the modification state by these organic compounds can be analyzed in detail by infrared spectroscopy. Even fine modification patterns can be analyzed with high accuracy. As described above, since the surface-modified substrate can be analyzed in detail and with high precision, a substrate having a desired function can be selected and used. In addition, useful information can be obtained for the development of a surface-modified substrate with a new function added.

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
[実施例1]
(解析用基板の作製)
図1で説明した方法により、解析用基板を作製した。
すなわち、基板11として、シリコーン基板(厚さ;0.5mm)を使用し、その表面11a全面に、アルゴンプラズマを使用したスパッタリングにより、金属薄膜13として、厚さ200nmのクロム薄膜を成膜した。
次いで、クロム薄膜13を400℃の水蒸気で1時間処理することで、その表面に酸化膜14として、酸化クロム膜を形成した。
次いで、酸化クロム膜が形成された基板を、紫外線/オゾン照射により20分間洗浄することで、解析用基板が得られた。解析用基板の酸化クロム膜の表面について接触角を測定した結果、水に対する接触角及びヘキサデカンに対する接触角のいずれもが5°以下であった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
(Preparation of analysis substrate)
An analysis substrate was prepared by the method described in FIG.
That is, a silicon substrate (thickness: 0.5 mm) was used as the substrate 11, and a 200 nm thick chromium thin film was formed as the metal thin film 13 on the entire surface 11a by sputtering using argon plasma.
Next, the chromium thin film 13 was treated with water vapor at 400 ° C. for 1 hour to form a chromium oxide film as an oxide film 14 on the surface thereof.
Next, the substrate for analysis was obtained by washing the substrate on which the chromium oxide film was formed by ultraviolet / ozone irradiation for 20 minutes. As a result of measuring the contact angle with respect to the surface of the chromium oxide film of the analysis substrate, both the contact angle with water and the contact angle with hexadecane were 5 ° or less.

フッ素系溶媒(0.02mol/LのCF−(CF−(CH−SiCl)であるノベックHFE(商標、住友スリーエム株式会社製)を使用して、濃度が0.5Mである1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエトキシシランの溶液を調製した。この溶液を、上記解析用基板上にディップ塗布し、一晩乾燥させてから、ノベックHFEで洗浄することで、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエトキシシランを基板に結合させ、厚さ約0.9nmの修飾層を形成した。
以上により、酸素原子との反応性を有する有機化合物として1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエトキシシランが結合され、表面が修飾された表面修飾基板が得られた。
得られた表面修飾基板を、さらに紫外線/オゾン照射により洗浄した後、修飾層の表面について接触角を測定した結果、水に対する接触角は118°、ヘキサデカンに対する接触角は71°であった。すなわち、修飾層を形成することで、基板は撥液性を有するようになった。
Fluorine-based solvent (0.02 mol / L of CF 3 - (CF 2) 7 - (CH 2) 2 -SiCl 3) is Novec HFE (TM, manufactured by Sumitomo 3M Limited) using a concentration of 0. A 5 M solution of 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane was prepared. This solution is dip coated on the analysis substrate, dried overnight, and then washed with Novec HFE to bind 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane to the substrate, A modified layer having a thickness of about 0.9 nm was formed.
As described above, a surface-modified substrate in which 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane was bonded as an organic compound having reactivity with oxygen atoms and the surface was modified was obtained.
The obtained surface-modified substrate was further washed by ultraviolet / ozone irradiation, and the contact angle was measured on the surface of the modified layer. As a result, the contact angle with water was 118 ° and the contact angle with hexadecane was 71 °. That is, by forming the modification layer, the substrate has liquid repellency.

[実施例2]
実施例1で作製した表面修飾基板を修飾層の表面側から、赤外分光法(FT−IR)の全反射測定法(ATR法)で解析した結果、C−F結合、C−C結合、C−H結合のそれぞれに由来するシグナルを高感度に検出できた。この時の解析データとして、C−F結合の検出データを図2に示す。
[Example 2]
As a result of analyzing the surface modification substrate produced in Example 1 from the surface side of the modification layer by a total reflection measurement method (ATR method) of infrared spectroscopy (FT-IR), a C—F bond, a C—C bond, Signals derived from each of the C—H bonds could be detected with high sensitivity. As analysis data at this time, detection data of CF bond is shown in FIG.

[実施例3]
図1で説明した方法により、図3に示す表面修飾基板を作製した。図3は、本実施例で作製した表面修飾基板を示す概略断面図である。なお、図3では、有機化合物と酸化膜との固定化状態を詳細に示すため、修飾層は断面表示していない。
すなわち、パイレックス(登録商標)(コード7059、コーニングインターナショナル株式会社製)のガラス基板31(厚さ;1.1mm)を使用し、その表面31a全面に、アルゴンプラズマを使用したスパッタリングにより、金属薄膜として厚さ50nmのチタン薄膜33を成膜した。
次いで、チタン薄膜33に、酸素プラズマをアンテナパワー800Wで30分間照射することで、その表面に酸化膜として、酸化チタン膜34を形成した。
以上により、解析用基板3が得られた。解析用基板3の酸化チタン膜34の表面について接触角を測定した結果、水に対する接触角は5°以下であった。
[Example 3]
The surface modified substrate shown in FIG. 3 was produced by the method described in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the surface-modified substrate produced in this example. Note that, in FIG. 3, the modification layer is not shown in cross section in order to show the immobilization state of the organic compound and the oxide film in detail.
That is, a glass substrate 31 (thickness: 1.1 mm) of Pyrex (registered trademark) (code 7059, manufactured by Corning International Co., Ltd.) is used, and a metal thin film is formed on the entire surface 31a by sputtering using argon plasma. A titanium thin film 33 having a thickness of 50 nm was formed.
Next, the titanium thin film 33 was irradiated with oxygen plasma at an antenna power of 800 W for 30 minutes to form a titanium oxide film 34 as an oxide film on the surface thereof.
Thus, the analysis substrate 3 was obtained. As a result of measuring the contact angle on the surface of the titanium oxide film 34 of the analysis substrate 3, the contact angle with respect to water was 5 ° or less.

20%酢酸水溶液をイソプロピルアルコールで100倍希釈した溶液を使用して、濃度が0.1Mであるメトキシ(ジメチル)オクタデシルシランの溶液を調製した。この溶液を、上記解析用基板上にディップ塗布し、24時間乾燥させてから、イソプロピルアルコールで洗浄することで、メトキシ(ジメチル)オクタデシルシランを基板に結合させ、厚さ約0.9nmの修飾層35を形成した。
以上により、酸素原子との反応性を有する有機化合物としてメトキシ(ジメチル)オクタデシルシランが結合され、表面が修飾された表面修飾基板3が得られた。
修飾層35の表面について接触角を測定した結果、水に対する接触角は15.6°であった。すなわち、修飾層を形成することで、基板は撥液性を有するようになった。
A solution of methoxy (dimethyl) octadecylsilane having a concentration of 0.1 M was prepared using a solution obtained by diluting a 20% aqueous acetic acid solution 100 times with isopropyl alcohol. This solution is dip-coated on the above-mentioned analysis substrate, dried for 24 hours, and then washed with isopropyl alcohol to bond methoxy (dimethyl) octadecylsilane to the substrate so that a modification layer having a thickness of about 0.9 nm is obtained. 35 was formed.
As described above, methoxy (dimethyl) octadecylsilane was bonded as an organic compound having reactivity with oxygen atoms, and the surface-modified substrate 3 whose surface was modified was obtained.
As a result of measuring the contact angle on the surface of the modification layer 35, the contact angle with respect to water was 15.6 °. That is, by forming the modification layer, the substrate has liquid repellency.

[実施例4]
実施例3で作製した表面修飾基板を修飾層の表面側から、赤外分光法(FT−IR)の全反射測定法(ATR法)で解析した結果、メチル基(−CH)、C−C結合のそれぞれに由来するシグナルを高感度に検出できた。この時の解析データとして、メチル基(−CH)の検出データを図4に示す。
[Example 4]
As a result of analyzing the surface modification substrate produced in Example 3 from the surface side of the modification layer by the total reflection measurement method (ATR method) of infrared spectroscopy (FT-IR), methyl group (—CH 3 ), C— Signals derived from each of the C bonds could be detected with high sensitivity. As analysis data at this time, detection data of a methyl group (—CH 3 ) is shown in FIG.

本発明は、微量成分の解析を行う医療、医薬品、食品等の各分野で利用可能である。また、表面修飾基板を開発する機器分析分野でも利用可能である。   The present invention can be used in various fields such as medicine, pharmaceuticals, and foods for analyzing trace components. It can also be used in the field of instrument analysis for developing surface-modified substrates.

1・・・解析用基板、2・・・表面修飾基板、11・・・基板、11a・・・基板表面、13・・・金属薄膜、14,34・・・酸化膜、15、35・・・修飾層、31・・・シリコーン基板、31a・・・シリコーン基板表面、33・・・チタン薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Analytical substrate, 2 ... Surface modification substrate, 11 ... Substrate, 11a ... Substrate surface, 13 ... Metal thin film, 14, 34 ... Oxide film, 15, 35 ...・ Modification layer, 31 ... Silicone substrate, 31a ... Silicone substrate surface, 33 ... Titanium thin film

Claims (4)

基板上に、赤外域において光反射性を有する金属製の薄膜が形成され、該薄膜の表面が酸化膜とされた解析用基板の前記酸化膜に、下記一般式(I)〜(III)のいずれかで表される有機化合物を結合させて表面修飾基板とし、
該表面修飾基板の赤外光反射スペクトルを測定することを特徴とする表面修飾基板の解析方法。
Figure 0005193078
[式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基であり;Rは水素原子又は1価の炭化水素基であり;X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基であり、複数のXは互いに同一でも異なっていても良く;nは1、2又は3であり;nが2又は3である場合にはn個のRは互いに同一でも異なっていても良く;nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。]
A metal thin film having light reflectivity in the infrared region is formed on the substrate, and the surface of the thin film is an oxide film. The oxide film of the analysis substrate has the following general formulas (I) to (III): A surface-modified substrate is formed by binding an organic compound represented by either
A method for analyzing a surface-modified substrate, comprising measuring an infrared light reflection spectrum of the surface-modified substrate.
Figure 0005193078
[Wherein R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group; R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group; X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group; A plurality of X 2 may be the same or different from each other; n is 1, 2 or 3; when n is 2 or 3, n R 1 may be the same or different from each other When n is 1, two R 2 s may be the same or different from each other; ]
前記金属がチタン、クロム、アルミニウム又は銅であることを特徴とする請求項1に記載の表面修飾基板の解析方法。   The method for analyzing a surface-modified substrate according to claim 1, wherein the metal is titanium, chromium, aluminum, or copper. 基板上に有機化合物が固定化された表面修飾基板の製造方法であって、
基板上に、赤外域において光反射性を有する金属製の薄膜を形成する工程と、
該薄膜の表面に酸化膜を形成する工程と、
該酸化膜に、下記一般式(I)〜(III)のいずれかで表される有機化合物を結合させる工程と、
を有することを特徴とする表面修飾基板の製造方法。
Figure 0005193078
[式中、Rは水酸基又は加水分解可能な基であり;Rは水素原子又は1価の炭化水素基であり;X、X及びXはそれぞれ独立に1価の有機基であり、複数のXは互いに同一でも異なっていても良く;nは1、2又は3であり;nが2又は3である場合にはn個のRは互いに同一でも異なっていても良く;nが1である場合には2個のRは互いに同一でも異なっていても良い。]
A method for producing a surface-modified substrate in which an organic compound is immobilized on a substrate,
Forming a metal thin film having light reflectivity in the infrared region on the substrate;
Forming an oxide film on the surface of the thin film;
A step of bonding an organic compound represented by any one of the following general formulas (I) to (III) to the oxide film;
A method for producing a surface-modified substrate, comprising:
Figure 0005193078
[Wherein R 1 is a hydroxyl group or a hydrolyzable group; R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group; X 1 , X 2 and X 3 are each independently a monovalent organic group; A plurality of X 2 may be the same or different from each other; n is 1, 2 or 3; when n is 2 or 3, n R 1 may be the same or different from each other When n is 1, two R 2 s may be the same or different from each other; ]
前記金属がチタン、クロム、アルミニウム又は銅であることを特徴とする請求項3に記載の表面修飾基板の製造方法。   The said metal is titanium, chromium, aluminum, or copper, The manufacturing method of the surface modification board | substrate of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
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